大連民族大學JPCL：普適性三相界面自組裝制備高重復性納米顆粒單層膜

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第一作者：大連民族大學林翔

通訊作者：大連民族大學董斌&王利

文章鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.0c01116

【引言】

納米顆粒自組裝技術已成為一種構建宏觀納米器件的有效策略。流體界面（液/液和氣/液界面）為納米顆粒的二維組裝提供了一個透明無缺陷的柔性平臺。其中，液/液界面獨特的自修復性使其能夠被用于制備大面積無缺陷的納米顆粒單層膜。但由于納米顆粒的組裝質量很容易受到納米粒子濃度、誘導劑的用量和界面面積等參數的影響，制備具有高重復性的納米顆粒單層膜仍然面臨較大挑戰。

【成果簡介】

近日，大連民族大學董斌教授和王利教授研究團隊受到液體表面馬蘭戈尼效應（因界面張力梯度的存在而使質量移動的現象）的啟發，構建了一種獨特的油/水/油三相體系，實現了納米顆粒單層膜的高重復性制備。該三相界面組裝方法操作簡便，水油兩相的時候晃一晃納米顆粒便可以吸附在水/油界面上，然后加入另一種油相并緩慢轉一下容器便可以實現納米顆粒的轉移和壓縮，從而得到高重復性的納米顆粒單層膜。理論分析和實驗驗證表明納米顆粒能夠從下界面自發的轉移到上界面是受到三相界面上的界面張力梯度的驅動。通過這種方法即使添加的納米顆粒濃度在較大范圍變化，也可以保證納米顆粒單層膜出色的均勻性和制備可重復性。此外，該方法具有極好的普適性，可以適用于具有不同尺寸、形狀、成分和表面基團（比如貴金屬納米材料合成常用的CTAB、PVP以及檸檬酸根）的各種納米粒子。該方法的簡單性，通用性和出色的可重復性將極大地促進各種宏觀納米顆粒單層膜的可靠制備。

研究成果以“Marangoni Effect-Driven Transfer and Compression at Three-Phase Interfaces for Highly Reproducible Nanoparticle Monolayers”為題發表在國際著名期刊Journal of Physical Chemistry Letters上，第一作者為大連民族大學青年教師林翔，董斌教授和王利教授是本文的共同通訊作者。

【圖文導讀】

圖1 油/水/油三相界面組裝過程

(a, b) 三相組裝過程示意圖及照片

(c) 大尺寸組裝

(d, e) 金納米球自組裝單層膜的SEM和TEM圖

圖2 三相界面上馬蘭戈尼效應的實驗驗證

(a) 納蘭格尼效應驅動納米顆粒轉移示意圖

(b)?三相液體中馬蘭戈尼流的理論仿真

(c-j) 不同界面張力差體系的組裝實物圖及SEM表征

(k) 納米顆粒數密度統計

圖3 金納米球自組裝單層膜的均一性和重復性表征

(a-c) 金納米球自組裝單層膜SERS均一性

(d-f)?不同批次金納米球自組裝單層膜的照片和消光光譜

(g-i) 不同批次金納米球自組裝單層膜的SERS重現性

圖4 三相組裝方法與兩相組裝方法的對比

(a-f) 不同金納米球濃度使用三相方法制備的金納米球單層膜的照片及表征

(g-l) 不同金納米球濃度使用兩相方法制備的金納米球單層膜的照片及表征

圖5 三相組裝方法用于各種納米顆粒的自組裝

(a) CTAC穩定的小尺寸金納米球

(b) CTAB穩定的金納米棒

(c) CTAC穩定的銀納米立方

(d) PVP穩定的銀納米棒

(e)檸檬酸根穩定的銀納米顆粒

(f)羧基穩定的二氧化硅微球。

【小結】

綜上所述，該成果構建了一種獨特的油/水/油三相系統用于簡便高效的制備高重復性的納米顆粒單層膜。基于油/水/油三相界面上的馬蘭戈尼效應，納米顆粒能夠自發的由下側的油/水界面轉移到上側的油/水界面并壓縮為致密的單層膜。即使使用較大范圍的納米顆粒濃度，也可以在大面積上獲得均一可重復的納米顆粒單層膜。此外，該三相組裝策略可以應用于具有不同大小，形狀，成分和表面配體（CTAB/C, PVP, Citrate等）的各種納米顆粒。相信這一系統不僅提供了一種制備高重復性納米顆粒單層膜的方法，而且還提供了一種油/水/油三相界面上物質傳遞的新穎平臺，同時這項工作將有助于研究涉及多種不混溶溶劑的其他界面問題。