南开团队揭示百草枯在小水滴中可实现自发超快降解
百草枯是一类快速灭生性除草剂，曾是一款广泛应用于田间地头的“除草神器”，但因对人畜毒性强、无特效解毒剂、难以降解等特性被称为“死亡之水”，目前已在我国全面禁售。然而，因其性能高效、价格低廉，近年来仍有不法商家将其冠以不同的商品名偷偷售卖，致死率极高的百草枯服毒、投毒事件仍在新闻报道中频出。
从中毒机制来看，百草枯、敌草快等属于紫精类化合物。紫精是一类具有1,1'-二取代4,4'-联吡啶盐的化学结构的有毒化合物，在自然界中非常稳定，在水体中的半衰期为23周，而在土壤中则高达6年。如果释放到环境中，会对周围的哺乳动物造成潜在的健康危险。尤其是紫精进入人体后，能通过一系列电子传递反应，生成大量具有高氧化能力的活性氧物种，造成人体脏器的快速氧化，导致多器官损害甚至功能衰竭，直至死亡。
日前，南开大学张新星研究员团队开发了一种在自然环境中快速、廉价、方便的降解紫精类化合物的新方法，他们通过把紫精类化合物的水溶液喷雾成微米级大小的小水滴，并结合原位质谱检测手段发现，紫精类化合物在微液滴中可产生自发降解现象。该成果为有毒有害物质的生态环境污染治理提供了新思路，相关论文发表在了《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上，南开大学博士研究生宫矗为论文第一作者，南开大学为论文唯一通讯单位。
近年来，已有不少学者揭示很多原本在液相中难以进行的化学反应，在通过载气喷雾或者超声雾化产生的微米级小液滴中（如加湿器产生的水雾）可以实现自发反应，反应速度甚至可以被加速到原本的一百万倍。而且液滴的尺寸越小，这些现象越明显。张新星团队通过研究发现，在微液滴反应体系中，只需要几十微秒，紫精即可实现自发降解的超快动力学。这种自发降解现象，首先是通过微液滴表面自发生成的电子还原正二价的紫精类化合物，生成了相对不稳定的紫精正离子自由基。以此为基础，随后通过Beta消除反应和霍夫曼消除反应进一步分解。质谱为上述反应机理涉及的自由基和中间产物提供了有力的支持（图1）。自由电子被紫精捕获，也为微液滴表面自发存在自由电子和羟基自由基这一国际最前沿的争议领域提供了有力证据。
该研究得到了国家自然科学基金委和天津市杰出青年基金的资助。
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张新星，南开大学化学学院研究员，研究方向为分析化学、物理化学、科学仪器的智能制造等多学科综合交叉的科学技术问题，他开发了多项国际上独特独有的新型（智能）装置用于多学科交叉的化学体系研究。迄今已发表SCI论文77篇，含第一或通讯作者论文58篇。2018年引进至南开大学以来，已经以南开大学为通讯单位发表论文33篇。先后获2021年美国质谱学会ASMS新兴科学家称号、2021年中国物理学会质谱青年奖、2021年天津市科协优秀青年科技工作者、2020年中国化学会第二届菁青化学新锐奖等荣誉。
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