近二十年來，膠體合成領(lǐng)域取得了前所未有的進(jìn)展，已可以精確可控合成不同尺寸、形狀、晶型、組成、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的單分散膠體顆粒。最近，膠體合成的挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)移到制備具有更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)和成分的各向異性的膠體顆粒上。這些具有復(fù)雜形狀、結(jié)構(gòu)和空間成分的低對稱異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒由于其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁性或流變學(xué)特性而引起研究者們廣泛的興趣。然而現(xiàn)有研究中大多數(shù)復(fù)雜的膠體由球形基底或多個球形單元組成，從根本上限制了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和各向異性的進(jìn)一步增加。目前盡管制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但仍然迫切需要進(jìn)一步擴(kuò)大具有更高復(fù)雜度的異質(zhì)結(jié)構(gòu)粒子庫。
近日，蘇州大學(xué)何樂教授與廣西大學(xué)王麗偉副研究員合作報道了一種基于非球形種子的通用的分步合成策略，并利用該方法可控制備多種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和成分的異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒（圖1）。該工作首次采用局部曲率控制的種子乳液聚合法，在不同的非球形膠體種子上進(jìn)行聚苯乙烯二級納米結(jié)構(gòu)的位點(diǎn)選擇性生長（圖2-3）。后續(xù)，對已經(jīng)合成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒用不同的材料進(jìn)行位點(diǎn)選擇性功能化，如二氧化硅、二氧化鈦和金屬，隨后選擇性地去除不同的組分，進(jìn)一步增加異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度（圖4-6）。另外，利用合成的復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒，獲得了一種新型的結(jié)合平動和轉(zhuǎn)動的納米馬達(dá)。這種生長策略是一種通用的方法，適用于制備具有可控結(jié)構(gòu)、組成和功能的復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒，為其在各種用途上的應(yīng)用鋪平了道路。
圖1：基于非球形種子制備復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒的分步策略示意圖。
圖2：位點(diǎn)選擇性種子乳液聚合過程示意圖和典型的I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒TEM圖。
圖3： 聚苯乙烯二級納米結(jié)構(gòu)在不同形貌、尺寸和成分的非球形膠體種子上的位點(diǎn)選擇性生長。要點(diǎn)：采用局部曲率控制的種子乳液聚合法，實(shí)現(xiàn)了在不同的非球形膠體種子上進(jìn)行聚苯乙烯二級納米結(jié)構(gòu)的位點(diǎn)選擇性生長。
圖4：對I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒選擇性地進(jìn)行二氧化硅功能化以及選擇性地去除聚苯乙烯產(chǎn)生新型II型和III型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒。
圖5：對I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒選擇性地進(jìn)行二氧化鈦功能化以及選擇性地去除聚苯乙烯產(chǎn)生II型和III型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒。
圖6：對I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒選擇性地修飾金和鉑顆粒以及選擇性地去除聚苯乙烯產(chǎn)生II型和III型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒。要點(diǎn)：通過選擇性地功能化和選擇性地去除不同組分，進(jìn)一步增加了異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒的結(jié)構(gòu)和成分復(fù)雜度。
以上成果近期發(fā)表在Chemistry of Materials上，論文題目為“A Step-by-Step Strategy for Controlled Preparations of Complex Heterostructured Colloids”論文共同第一作者為：博士后李超然和碩士生于盈盈。論文共同通訊作者為：何樂教授和王麗偉副研究員。
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