頂刊動態 | AM/AFM/ACS Nano等納米材料最新學術進展匯總【20160718期】

1、ACS Nano: 溶液輔助合成表面增強拉曼散射效應的超強自支撐氧化石墨烯薄膜

圖1. 從分散在甲醇溶液中的氧化性石墨烯中合成出還原性石墨烯的合成制備過程示意圖

具有高機械強度的可彎曲的氧化石墨烯薄膜能提高石墨烯基集成電子元件在實際操作條件下的耐受性。由于優異的機械性能、生物相容性以及透光性，作為石墨烯類衍生材料，氧化石墨烯陣列目前得到廣大研究者的關注。同時，氧化石墨烯可以通過一些化學還原反應生成為還原性石墨烯材料，從而可以制備出一些低成本的且具有高導電性和導熱性的類石墨烯材料，從而使得可彎曲的多功能納米材料的應用成為可能。

四川大學Rui Xiong（第一作者）和美國佐治亞理工學院的Vladimir V. Tsukruk?（通訊作者）報道了一種可以通過由石墨烯片非傳統層與層自組裝方法合成出超薄的還原石墨烯納米薄膜，在合成過程中，使用有機溶劑替代水溶液可以提供較強的化學交換作用，這樣確保了石墨烯薄膜層均勻生長，并且該方法不要求在組裝中或者表面化學改性過程中使用聚合體。實驗相關表征結果顯示該方法制備得到的超薄石墨烯薄膜在550nm波長處具有93%的透光率和300S/m的電導性，同時也具有0.5GPa的機械強度和120GPa的楊氏模量。

文獻鏈接：Ultrastrong Freestanding Graphene Oxide Nanomembranes with Surface-Enhanced Raman Scattering Functionality by Solvent- Assisted Single-Component Layer-by-Layer Assembly?（ACS Nano， 2016， DOI: 10.1021/acsnano.6b02012）

2、ACS Nano：Au(111)晶面脫鹵化均勻耦合反應——將乙炔式腳手架材料復合到納米結構表面

圖2. 樣品400K熱處理后C-C耦合二炔烴產物的掃面隧道顯微圖以及通過密度泛函理論模擬的結果分析

?具有炔基功能基團的分子前驅物表面C-C反應對于低維碳納米材料可控合成具有重要應用前景。但是需要高活性的sp雜化碳原子的引入。大量的知名化學反應，甚至未報道的反應都開始在不同的金屬表面進行嘗試。因此不同的碳或者富碳納米結構被成功合成出來。對于預先設計好的C-X（X代表H或者鹵素）官能團進行的C-C均勻耦合反應是目前認為最為有效可控合成各類碳材料的方法。脫鹵化均勻耦合反應主要限制在芳基鹵中的sp2雜化的C。最近通過脫鹵化炔基的均勻耦合作用反應成功合成了表面納米結構材料，然而在設定的溫度條件下，不同副產物會不可避免得出現在在主產物中。

來自同濟大學的袁春雪（通訊作者）和許維（通訊作者）等人通過精心設計端炔基溴分子前驅物，進行了表面脫鹵化均勻耦合反應，成功在Au(111)表面實現了具有乙炔式腳手架類型的二聚體結構，一維分子線以及二維分子網絡結構的合成。同時意外觀察到C-Au-C有機金屬中間體。該項研究進一步提供了表面脫鹵化C-C耦合反應相關數據，也提供了新的將乙炔式腳手架材料復合進低維納米材料表面的有效途徑。

許維課題組主頁：http://www.#edu.cn/~xuwei/index.html

文獻鏈接：Dehalogenative Homocoupling of Terminal Alkynyl Bromides on Au(111): Incorporation of Acetylenic Scaffolding into Surface Nanostructures ?（ACS nano ，2016， DOI: 10.1021/acsnano.6b03048）

3、Angewandte Chemie: 通過超分子聚合法合成制備出具有手性選擇性的納米管狀異質結

圖3. 納米管異質結的掃面電鏡形貌圖

近幾年，超分子聚合法成為設計合成出能精確控制材料的維度結構的有力工具。例如Manners課題組在通過結晶驅動自組裝而實現將塊體聚合物材料設計成具有各種巧妙的納米結構等前沿工作。然而對于高分子配合物來說，最近報道指出，有機小分子可以實現自組裝過程。

日前，來自中國科學院化學研究所和中國科學院大學的車延科（通訊作者）等人報道了具有手性的種子可以高效的誘導椅型PDI分子在其相同螺旋形的末端發生聚合。更有趣的是具有手性的種子可以誘導相反的對映異構體而在其末端外延生長。此外，研究人員解釋了在具有手性種子體上對于對映異構體的誘導作用并不是和具有手性的種子的長度之間存在依賴關系，而是和相反的對映異構體使的納米管增加的內部長度之間存在聯系。

文獻鏈接：Fabrication of Chiral-Selective Nanotubular Heterojunctions through Living Supramolecular Polymerization?（Angewandte Chemie， 2016， DOI: 10.1002/anie.201602819）

4、AFM : 腫瘤微環境適應型納米顆粒共傳遞紫杉醇和siRNA抑制乳腺癌的生長和肺部轉移

圖4. 腫瘤微環境適應型納米顆粒設計策略示意圖

乳腺癌是女性健康的最大威脅之一，而轉移過程中的癌變重現是導致女性死亡的主要原因之一。目前，化學治療（chemotherapy）依然是臨床上治療轉移乳腺癌（metastatic breast cancer）的最普遍方法。但是，化學療法因其缺乏腫瘤細胞靶向能力會對人體產生巨大的副作用。如今，納米技術的發展為治療癌癥提供了新的可能性，然而腫瘤細胞特殊的微環境（microenvironment）對納米顆粒傳遞藥物會產生各種各樣的問題。延長循環時間，有效特異性的腫瘤細胞攝入以及胞內藥物快速釋放是戰勝轉移乳腺癌的三大關鍵因素。

針對以上目標，中科院上海藥物所的Qi Yin（通訊作者）和李亞平（通訊作者）等人設計了一種腫瘤微環境適應型納米顆粒。這種顆粒對藥物紫杉醇（PTX）和具有扭曲靶向的siRNA進行共負載，并且實現了pH和基質金屬蛋白酶（MMPs）雙響應功能。通過針對4T1腫瘤細胞和小鼠實驗，該種納米顆粒能夠顯著抑制腫瘤的生長和轉移，也證明了PEI-block-PDHA和PEG-block-PDHA兩作為化學治療藥物的潛力。

文獻鏈接：Tumor-Microenvironment-Adaptive Nanoparticles Codeliver Paclitaxel and siRNA to Inhibit Growth and Lung Metastasis of Breast Cancer（Advanced Functional Materials， 2016， DOI: 10.1002/adfm.201601703）

5、AM: 高效能紅外響應的外延二維硫化鉛納米片陣列

圖5 2D PdS納米片陣列的生長機制及其在不同反應時間的掃描電鏡表征

二維材料以其獨特的表面物理、光學和電子性質已成為研究人員高度關注的領域。然而如何準確控制納米材料的生長位點是極具挑戰性同時又是非常必要的研究課題。細化到二維材料來說，對比層狀材料，非層狀材料諸如非層狀半導體生長晶向與外延層狀生長基底完全不同，導致了在二維非層狀半導體陣列圖案化的過程中產生復雜的二維材料生長動力學，最終難以控制材料生長。

國家納米科學中心的何軍（通訊作者）和江潮（通訊作者）以及電子科技大學的熊杰（通訊作者）等人報道了通過范德華外延生長技術來合成高效能超薄二維非層狀PdS納米片（nanoplate）。這些研究人員通過實驗證明，以石墨（graphite）為基底得到的納米片厚度范圍可以控制在5-35納米，而以云母（mica）為基底的合成則可以準確控制納米片生長取向和位置。同時，他們還表示，這是首次發現可通過范德華外延生長法實現無機二維非層狀半導體陣列的可控合成，并且這一器件在光響應（1621 A /W）、可探測率（1.72 × 10¹¹ Jones）以及轉換時間（0.3s）等性能上有著優異的表現。這些都說明以上研究發現是發展集成紅外傳感器的重要標志。

文獻鏈接：Epitaxial 2D PbS Nanoplates Arrays with Highly Efficient Infrared Response（Advanced Materials， 2016， DOI: 10.1002/adma.201602481）

6、AM: 高度取向聚吡咯納米管開發下一代氣體傳感器

圖6 聚吡咯模板生長示意圖

隨著全球工業化進程的加速，對環境尤其是空氣污染的監測是一項迫在眉睫的工作。傳統商用氣體傳感器經過多年的快速發展如今已經非常普遍，然而它們依然不能滿足低成本、低耗能、高靈敏度以及方便操作的要求。導電聚合物（CPs）通過發展其機械靈活性、室溫操作以及大范圍電導率變化被譽為是下一代傳感材料。然而同樣囿于上述商用要求，材料特性和傳感器性能之間的復雜關系束縛著下一代導電聚合物基高性能傳感器的實現。

中科院物理所和北京凝聚態物理國家實驗室的Mianqi Xue（通訊作者）團隊在早先研究的基礎上，利用準一維導電聚合物內生的電學與光學性質的各向異性（anisotropy），以陽極氧化鋁（AAO）為模板，利用其獨特的模板形貌，在AAO內壁合成了單晶聚吡咯納米管（SCPNT），為實現低成本和規模化生產提供了可能。研究人員將制備的SCPNT集成到化學阻抗（chemresistor）型氣體傳感器中，獲得了優異的傳感性能，其對氨氣的檢測下限可以達到0.05ppb，優于現今包括金屬氧化物基傳感器在內的商用傳感器。與同樣尺寸模板制備的聚吡咯納米線相比，這種納米管擁有更大的特異性表面積以及更薄的敏性材料層。這些都為SCPNT系統實現超快響應提供了前提條件。

文獻鏈接：High-Oriented Polypyrrole Nanotubes for Next-Generation Gas Sensor（Advanced Materials，2016， DOI: 10.1002/adma.201602302）

該文獻匯總由材料人編輯部學術組chen shixiong和xukun供稿，材料牛編輯整理。

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