北京大學齊利民課題組：納米粒子合成與組裝方面取得新進展

【成果簡介】

近日，北京大學化學與分子工程學院齊利民教授課題組在具有特殊凹形結構的箭頭狀金納米粒子的可控合成以及形狀引導的超晶體自組裝方面取得重要進展，為特異形貌納米粒子及其有序超結構的可控制備與性能調控提供了新的思路。該研究成果于2017年10月27日以“Controlled growth and shape-directed self-assembly of gold nanoarrows”為題發表在Sci. Adv. 上。北京大學博士生王茜是本論文的第一作者，北京大學物理學院方哲宇課題組作為合作方參與了此項研究，該工作得到了來自國家自然科學基金委和科技部等項目的資助。

【圖文導讀】

圖1 GNA的合成和自組裝原理圖

（A）在動態控制下并且選擇性表面鈍化的GNA的受控生長；

（B）GNA由兩個金字塔頭和一個四翼軸組成；

（C）GNAs通過大量溶劑蒸發的自組裝過程（粉紅色箭頭表示三相線的移動方向，黑色箭頭表示溶劑的蒸發）；

（D）自組裝的GNA SC具有不同的填充和互鎖狀態，

圖2 具有代表性的GNA的特征

（A~C）GNA的SEM圖像（A和B）以及TEM（C）圖像；

（D）單個GNA在（110）平面上的TEM圖像；

（E）單個GNA在（100）平面上的TEM圖像；

（F）（D）中的框架區域的HRTEM圖像；

（G）（E）中的框架區域的HRTEM圖像。

【研究內容】

通過膠體納米晶的自組裝而形成復雜有序的超結構不僅是制備具有獨特結構和非凡性能的新型材料及功能器件的有效策略，而且有助于人們深入了解膠體晶體和生物自組裝結構等各類組裝體系的組裝行為及演變規律。納米粒子的幾何形狀在納米粒子有序超結構的構筑方面中發揮著十分重要的作用。迄今為止，多種各向異性的非球形納米晶已被成功合成并應用于構筑具有復雜結構和集合性質的超晶體。但目前可應用于大尺度超晶體組裝的納米構造基元仍主要局限于具有凸形結構的膠體納米晶，這在很大程度上限制了超晶體的結構復雜性和性能可調性。

齊利民課題組利用動力學控制生長與選擇性表面包覆相結合的策略，通過金納米棒的二次生長成功實現了單分散的箭頭狀金納米晶的可控合成。這種結構新穎的金納米箭頭（GNAs）包含兩個金字塔形的端部和一個由十字交叉板塊構成的中軸，呈現出一種具有獨特互鎖能力的凹形結構。該合成過程中，銀離子的欠電位沉積有助于獲得暴露（111）晶面的金字塔形端部，而表面活性劑CTAC的存在則有助于實現具有特殊凹形結構中軸的動力學控制生長。由于自身的堆積與互鎖能力，GNAs能夠在形狀引導作用下通過簡單的溶劑揮發在基底上組裝為疏松堆積或緊密互鎖的二維和三維超晶體，它們具有可調的堆積密度及孔結構。這些結構多樣、構造奇特的超晶體的形成可歸因于熵驅動和形狀引導的協同作用。電磁場模擬結果表明，GNAs所構成的等離激元超晶體具有結構依賴的電磁場增強性質和光學性質，呈現出電場分布的獨特納米圖案，并表現出顯著的偏振依賴光學性質。這類等離激元超晶體在傳感和超材料等領域有著潛在的應用價值。該研究工作為具有特異凹形結構納米晶的控制合成和具有新奇結構及功能的納米粒子超結構的可控組裝開辟了一條新的途徑。

原文鏈接：http://pkunews.pku.edu.cn/xxfz/2017-11/02/content_299904.htm。

文獻鏈接：Controlled growth and shape-directed self-assembly of gold nanoarrows（Sci. Adv. ，2017, ?DOI: 10.1126/sciadv.1701183）

本文由材料人編輯部王冰編輯，點我加入材料人編輯部。

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