化学通讯（Chemical communication）通常是指在细胞间以化学信号介导信息传递的一种“沟通”方式，维持生命体复杂而有序的生理活动。在纳米颗粒之间也存在类似于生命体化学通讯的机制，例如光诱导银纳米颗粒通过氧化还原反应的电荷传输实现彼此之间的交流，可通过经典的Ostwald ripening（奥斯特瓦尔德熟化）过程，调控溶液中纳米颗粒结构和形貌的转变路径，提高体系热力学稳定性。因此，在单颗粒水平上，实现化学通讯的原位表征对于理解纳米材料生长动力学以及材料可控制备具有重要的意义。单体电化学为纳米尺度上研究颗粒间电荷传递提供了直接手段，能够高通量、依次遍历表征溶液中的单个纳米颗粒，可为精准获取单个颗粒间瞬态相互作用信息提供新的研究手段。

南京大学龙亿涛教授团队多年聚焦基于限域微/纳界面的单体电化学研究（Anal. Chem. 2020. 92, 5621., J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 12428., Chem. Eur. J. 2021, 27, 11799., 电化学, 2022, 28, 2108521., J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 4653., 催化学报, 2022, 43, 2815.）。利用自主研制的高带宽、微弱电流电化学测量系统，采用随机碰撞电化学技术，建立起纳米颗粒动态相互作用精准分析方法，实现了对金属纳米颗粒间光致化学通讯过程的实时、原位追踪，揭示了纳米尺度下，单颗粒形貌演变的动力学机制。

图1. (a)随机碰撞电化学技术实时、原位追踪光诱导银纳米颗粒形貌演变示意图。

(b)瞬时电流响应信号

作者首先定量研究了光致化学通讯控制的银纳米颗形貌演变过程，对单个银纳米颗粒电化学氧化产生的电流信号进行统计分析，发现光化学过程中不同粒径银纳米颗粒群之间的相互依存关系。通过理论推导出单个纳米颗粒间化学势差的实时变化趋势，揭示单颗粒的个体行为与银纳米颗粒集体特征之间的关系。同时，提取高通量电流信号的积分电荷信息，证明化学势差作为颗粒间相互交流的化学信息以驱动银纳米颗粒集体先后经过Coulomb explosion（库伦爆炸）和Ostwald ripening（奥斯特瓦尔德熟化）两个阶段的形貌演变。

图2. (a)大粒径和小粒径银纳米颗粒群的结构转化依存关系，(b)不同辐照时间下银纳米颗粒间的化学势差变化，

(c)光诱导银纳米颗粒形貌演变的动力学参数拟合

进一步，通过调控反应物银离子浓度改变纳米颗粒化学势差，调节颗粒间动态化学通讯过程，控制纳米颗粒集体的光化学反应路径。单颗粒随机碰撞电化学实验依次遍历表征溶液中的单个银纳米颗粒，发现纳米颗粒尺寸先增大后减小，表明先经历Ostwald ripening（奥斯特瓦尔德熟化），随后发生光诱导Coulomb explosion（库伦爆炸）过程。

图3. 单个银纳米颗粒在532 nm激光不同时间辐照后进行单颗粒随机碰撞电化学氧化瞬态电流信号的统计结果。

(a)电流幅值，(b)持续时间，(c)积分电荷

本研究工作表明随机碰撞电化学方法可作为微/纳尺度下材料分析的液态电化学“显微术”，对纳米颗粒的结构与形貌变化进行原位、工况条件下，高通量表征。从而在复杂反应体系中，获取单颗粒水平的物质传输和能量传递信息，助力纳米材料精准设计。

相关成果以“Monitoring Photoinduced Interparticle Chemical Communication In Situ”为题，发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition. DOI: 10.1002/anie.202215631)。文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202215631。威尼斯wnsr888(亚洲)集团有限公司博士研究生陈梦洁为论文第一作者，龙亿涛教授和芦思珉副研究员为论文通讯作者。该工作得到了国家基金委自然科学基金(22206074，22090051)和中央高校基本科研业务费(2022300325)的资助。