复旦大学高分子系聂志鸿《Science》：反应性聚合物引导纳米粒子聚集学术资讯

来源：材料科学前沿

“一根筷子容易折一把筷子难折断”，当无机纳米粒子形成簇，由于其表面等离子体、激子或组成NPs的磁矩，能够表现出协同作用，在等离子体学、光子学和催化中有着巨大的应用前景。然而这些新兴的应用要求精确控制其结构和结构复杂性，到目前为止，这种控制仍然是一个挑战。胶体分子（CMs）：将纳米粒子组装成纳米簇，重现分子的结构和对称性，已成为实现可编程纳米结构重要途径。胶体分子（CMs）可由氢键、库仑引力或憎溶剂相互作用、和静电或空间排斥相互作用的微妙平衡来控制。为了实现胶体分子组装中粒子间相互作用的方向性，现有的方法存在：1）“胶体积木”法：只能在表面形成离散分布的具有吸引力的单元，或随着溶剂的蒸发填充在液滴中，这些方法产量低、精度低；2）DNA介导组装胶体分子：在纳米粒子表面修饰具有互补的单链DNA，将其组装成胶体分子，但是对于形状各向同性的NPs，表面附着的DNA不具有区域特异性，NP键合不局限于特定的表面区域，得到的只是不同结构的CMs混合物。复旦大学高分子科学系聂志鸿和加拿大多伦多大学化学系Eugenia Kumacheva合作，无需在纳米粒子表面构筑特异性相互作用，仅仅在球形纳米粒子表面均匀包覆聚合物配体，实现了球形纳米粒子的高产定向、自限自组装。相关论文以“Self-limitingdirectional nanoparticle bonding governed by reaction stoichiometry”为题，今日发表在《Science》上，第一作者为：易成林。

该研究表明：胶体键合的机理和胶体分子“分子式”由纳米粒子表面的柔性聚合物配体之间的反应所控制，而胶体分子对称性（键角）是由纳米粒子之间的静电斥力所控制。该方法适用于不同粒径和成分的NPs，通过调整聚合物配体的特性，设计CMs之间的相互作用，可以指导它们在更高层次上的组装。图文速递：图1 不同NP的定向键合。

图2 CM形成的实验和模拟研究。

图3 定向NP键合的一般原理。

图4 两亲CM的层次自组装。

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