在發展相對緩慢的納米合成領域里,復雜納米結構的可控合成和精確調控成功扯住了納米技術前進的腳步。以金納米材料的合成為例,基于配體和金表面相互作用的合成方法,在設計復雜納米結構上存在配體難操控、配體動態平衡的特性以及多步合成中配體的高選擇等缺陷。
針對上述問題,南京工業大學陳虹宇教授與哈爾濱工業大學邵路教授合作,設計開發了一種基于兩親性嵌段共聚物的全新合成方法,實現了一系列復雜納米結構的可控制備。該方法利用兩親性嵌段共聚物在配體修飾的金納米棒表面自組裝形成保護層,隨后在水中加熱驅動聚合物層在金表面流動與轉變;通過改變金納米棒表面的配體種類,可促使聚合物產生收縮、脫落和纏繞等多種轉變模式,并揭示了其轉變機理。這種聚合物層的不同轉變模式突破了納米合成中的晶面控制,實現非傳統納米合成設計。
轉變后的聚合物層具有類似于有機合成領域中“保護基團”的作用,可以在金納米棒表面形成保護區域和活性區域,從而實現其他金屬材料在其表面的可控生長(Fig.1 and Fig.2),同時能夠有效地阻止金納米材料的聚集沉淀,無需擔心后續合成過程中多種試劑的影響。
Figure 1∣Schematics illustrating the four transformation modes of (AuNR-ligand)@PSPAA.
Figure 2∣Contraction and bimodal contraction modes.
更重要的是,利用方法可以精確設計并合成出更為復雜的納米結構,比如,利用聚合物在金納米棒表面的多次收縮-生長過程,可以制備出Pdtip-Agring-AuNR@PSPAA-Agring-Pdtip(Fig.3);實現硫化銀對金納米棒的頭尾焊接組裝。該方法具有一定的普適性,可以應用于其他形貌的金納米材料,如在金納米雙錐和納米三角片等實現選擇性收縮(Fig.4),并可在此基礎上合成出多種復雜納米結構。
Figure 3∣Multi-step masked nanosynthesis.
Figure 4∣Bipyramids and triangular nanoprisms.
相關研究工作以“Transformable masks for colloidal nanosynthesis”為題發表在Nature Communications上。南京工業大學在讀研究生何博文和南昌大學化學學院青年教師王振興(原哈爾濱工業大學博士生)為本論文的共同第一作者。
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