【摘要】 胶体组装为自下而上构筑多级次、多尺度功能材料提供了可能。

胶体组装为自下而上构筑多级次、多尺度功能材料提供了可能。然而，如何精准高效地实现粒子间的可控组装依然是一项挑战。最近，上海交通大学邱惠斌课题组提出了软硬纳米粒子自控共组装策略，即以聚苯乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶（PS-b-P2VP）球状胶束和二氧化硅（SiO2）纳米粒子分别作为软、硬粒子，借助胶束冠部的吡啶基团与二氧化硅纳米粒子的表面羟基之间的氢键作用，诱导二者形成具有价态自控特性的胶体结构（图1）。

 

图1. PS-b-P2VP胶束与SiO2纳米粒子初级组装。图片来源Nat. Commun.

 

首先，作者发现通过调控两种粒子的相对尺寸大小，可以制得一系列具有不同饱和价态的胶体分子。而对于特定尺寸的两种粒子，通过调节二者的混合比例，还可以实现对其价态的动态调控（动态价态），得到一系列具有不同维度的胶体结构（如一维链状、二维网络、三维块体等）。此外，两种粒子初级组装形成的胶体分子与聚合物还具有二次组装的潜力（图2），进而为构筑形态更为复杂的多级结构提供了可能。

 

图2. PS-b-P2VP胶束与SiO2纳米粒子二级组装。图片来源Nat. Commun.

 

在此基础上，作者还考察了该组装策略对于其他功能性粒子的适用性（图3），发现金纳米粒子、ZIF-8粒子、聚多巴胺粒子、以二氧化硅为壳层的核壳结构的粒子均可以与胶束可控组装，形成众多价态可控的胶体超结构。

 

图3. PS-b-P2VP胶束与功能性粒子共组装。图片来源Nat. Commun.

 

此外，作者还成功将该软硬组装策略引入到界面上（图4），借助交替浸渍实现了在界面上可控合成胶体分子；借助“grafting to”实现了在界面上接枝胶体聚合物链。这两种方法为未来精准定制胶体刷（colloidal brush）提供了可能。

 

图4. PS-b-P2VP胶束与SiO2纳米粒子界面组装。图片来源Nat. Commun.

 

该工作发表在Nature Communications上，并被编辑推荐为该杂志Inorganic and Physical Chemistry领域的“Highlight”成果在其网站上给予“Focus”报道。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委、上海市教委的经费资助，特此感谢。

 

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

 

 

Self-regulated co-assembly of soft and hard nanoparticles

Yan Cui, Hongyan Zhu, Jiandong Cai & Huibin Qiu 

Nat. Commun., 2021, 12, 5682, DOI: 10.1038/s41467-021-25995-5

 

邱惠斌教授简介

 

邱惠斌，上海交通大学化学化工学院教授、课题组长、博士生导师。2010年于上海交通大学获得应用化学博士学位，曾获得卢嘉锡优秀研究生奖、上海市优秀毕业生奖、上海市优秀博士学位论文并提名全国优秀博士学位论文。2011-2015年赴英国布里斯托大学从事博士后研究，获得欧盟玛丽居里国际人才引进计划资助。2015年8月回国独立开展研究工作，入选国家“高层次人才计划”青年项目、上海高校青年东方学者、上海青年优秀学术带头人，获得国家自然科学基金重大研究计划培育项目、面上项目、联合基金项目、科技部重点研发项目、上海市教委科研创新重大研究项目、上海市科委国际合作项目、上海市曙光计划项目、上海市浦江人才计划项目等资助。研究成果以通信作者身份发表在Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.等国际期刊上，多次被Science、Nat. Rev. Chem. 等期刊媒体作为亮点进行评述。主要研究方向包括：多级次精准自组装、新型有机功能分子的合成与超分子化学、聚合物功能材料等。

 

邱惠斌教授课题组长期招聘博士后、专职科研教师，欢迎随时联系（hbqiu@sjtu.edu.cn)。基本年薪 25～30万，具体面议；支持申报各类博士后人才项目，获得资助后年薪 35万以上（课题组已有6位博后获得资助）；根据研究贡献、论文发表、基金项目等给予可观的奖励。

 

合作方向：

（1）多级次自组装，即以分子、大分子、胶体粒子为基元的多级次精准自组装；

（2）非平面稠环芳烃的创新合成与超分子化学；

（3）有机电化学合成，主要为稠环芳烃的电化学合成与转化；

（4）能源、催化、医药、传感等应用导向的功能材料体系的精准构筑。

 

https://scce.sjtu.edu.cn/jiaoshi.php?aid=2423&c=3

https://www.x-mol.com/groups/qiu_huibin

 

免责声明：文章来源等X-MOL资讯；本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本公众号转载使用，须保留本公众号注明的“来源”，并自负版权等法律责任；版权属于原作者.