全文概要

德国电子同步加速器中心（DESY）Heshmat Noei与意大利米兰比可卡大学Cristiana Di Valentin 合作团队通过结合实验与理论方法，系统研究了L-半胱氨酸在金红石TiO₂(110)表面的吸附行为。研究利用X射线光电子能谱、傅里叶变换红外反射吸收光谱、扫描隧道显微镜和密度泛函理论计算，揭示了半胱氨酸通过其羧基、氨基和巯基与TiO₂表面形成的多种吸附构型，并首次明确了巯基在直接表面结合和二聚体形成中的关键作用。

本文要点

1. 吸附构型多样：识别出三种主要吸附模式——双齿桥接（O,O）、（O)-(N）以及新型的（O)-(S）构型，其中巯基可与Ti原子直接键合，无需C–S键断裂。

2. 质子态共存：在超高真空条件下，半胱氨酸以去质子化与两性离子形式共存；微量水分子可稳定两性离子态，使其与去质子态在能量上竞争。

3. 二聚体形成：STM图像直接观测到半胱氨酸分子通过二硫键形成二聚体，即使在低覆盖度下也稳定存在，验证了ReaxFF模拟预测。

4. 光谱与理论一致：XPS与FT-IRRAS结果与DFT计算的核心能级位移和振动频率高度吻合，确认了吸附构型的多样性及其在真实表面环境中的共存。

5. 应用前景：该研究为理解蛋白质与TiO₂界面相互作用提供了分子基础，对光催化、病毒灭活和自清洁材料的设计具有指导意义。

文献详情

Miguel Blanco Garcia, Daniele Perilli, Chiara Daldossi, Aldo Ugolotti, Martina Giordano,Daniel Silvan Dolling, Michael Wagstaffe, Mona Kohantorabi, Andreas Stierle, Cristiana Di Valentin,* and Heshmat Noei*, Unraveling the Role of the Multifunctional Groups in the Adsorption of L-Cysteine on Rutile TiO₂(110). J. Am. Chem. Soc. (2025) DOI: 10.1021/jacs.5c07119

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c07119