纳米钯不仅是工业合成、药物制造、尾气处理等行业常用催化剂,在环境工程应用中,可作为重金属离子、有机小分子等污染物精准检测传感阵列的组成部分,具有广泛的工程应用前景。在现有研究中,纳米钯催化反应活性因晶面不同大相径庭。与传统催化加氢还原催化剂不同,钯进入纳米级别后会展现氧化性质,其氧化还原能力间的平衡尚未明确;同时作为集类氧化酶酶活、类过氧化物酶酶活、类过氧化氢酶酶活、类超氧化物歧化酶酶活于一体的纳米材料,其对于分子氧的激发和利用、氧物种的转换仍未研究透彻。因此,本文以纳米钯的不同晶面氧物种转换过程,以及其生物危害作为研究目标。首先通过不同还原剂及定向诱导剂对原子的附着还原生长进行动力学控制,合成了具有单一{100}面的立方体纳米钯,单一{111}晶面的八面体纳米钯,单一{111}晶面的四面体纳米钯,和{110}、{111}晶面混杂的凹面四面体纳米钯。四种纳米钯具有不同的基础晶面指数或不同的配位密度、不同的原子暴露率。随后进行化学检测探究不同晶面纳米钯产生的活性氧物种及氧化还原能力间的平衡,并使用人类胃黏膜细胞作为模型探究化学催化性质与细胞毒性间的关联,讨论不同晶面纳米钯材料暴露后氧气及不同活性氧物种在细胞内的存在状况及转变过程。结果表明,不同晶面纳米钯产生不同的活性氧:{100}晶面表面能较高,将三线态氧激发至单线态,随后于纳米表面解离,展现其氧化类酶活性,氧化同时产生过氧化氢作为副产物,类过氧化物酶分解过氧化氢消耗质子生成羟基自由基;八面体{111}晶面呈现类过氧化氢酶活性,毒性较低,应用前景光明;四面体{111}晶面由于其边角原子占比更多,原子暴露率更大,呈现与八面体{111}晶面不一样的性质,其催化氧气在纳米表面的解离,同时生成过氧化氢,随后展现过氧化物酶性质,降解过氧化氢同时产生原子氧造成氧化损伤;{110}与{111}晶面混杂的凹面四面体激发三线态至单线态氧并解离,通过类氧化酶活性造成细胞死亡,进一步生成过氧化氢作为副产物,类过氧化物酶分解过氧化氢消耗质子生成羟基自由基。凹面四面体纳米钯亦可产生大量超氧阴离子自由基造成毒性。纳米钯在化学实验和细胞实验中同时表现出类过氧化物酶性质,其分解过氧化氢时对质子的消耗可能进一步加剧细胞毒性。以上研究结果表明,纳米材料造成氧化应激的方式不局限于ROS,类氧化酶活、类过氧化物酶活对细胞毒性都具有显著影响;纳米钯造成正常细胞毒性的原因不仅是ROS、类氧化酶活等氧化性质,还原性质在平衡中亦会造成细胞毒性;对于不同晶面钯纳米材料的氧化还原能力间的平衡过程,过氧化氢在O2及ROS转变过程中扮演了关键角色,其生成、降解转换过程都可能因纳米材料不同酶活的级联反应造成细胞毒性。以上述结论为依据,我们建议纳米材料制备及应用中不仅应关注新型纳米材料所展现的氧化/还原性质及其潜在的应用,同时应该关注纳米材料氧化/还原性质的改变可能导致的健康效应及健康效应机制的变化。