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  二維平面結構的微納米材料由于其納米尺寸效應、較大的比表面積和較好的平面結構，在生物醫藥、化學傳感器、電子信息和智能材料等領域具有巨大的應用前景。二維微納米材料的應用性能與其聚集態結構、形狀和尺寸密切相關。因此，研究如何制備形狀規則和尺寸可控的二維微納米材料具有顯著的理論和實際意義。目前，關于二維平面結構的微納米材料的可控制備仍然面臨較大困難。尤其是，制備尺寸和形貌可控的、結構和功能更加豐富的多層次、多級結構的二維平面結構的微納米材料具有極大挑戰。

  近日，南方科技大學何鳳副教授研究團隊以兩親性π共軛嵌段聚合物（聚己基噻吩-b-聚乙二醇單甲醚，P3HT-b-PEO）為研究對象，采用溶液自組裝的方法制得了形貌規則、尺寸可控的具有矩形結構的二維微納米材料。在異丙醇溶液中，通過加熱溶解，再降溫老化，P3HT-b-PEO自組裝形成了具有矩形結構的二維微納米材料。通過控制P3HT和PEO的鏈段長度，可以調控矩形二維微納米材料的尺寸和長寬比，如圖1和2所示。

圖1. P3HT-b-PEO在異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（PEO保持不變，P3HT的鏈段長度依次增加）。

圖2. P3HT-b-PEO在異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（P3HT保持不變，PEO的鏈段長度依次增加）。

  另外，通過控制聚合物的濃度，可以調控二維矩形微納米材料的尺寸；當聚合物濃度超過一定值時，嵌段聚合物可以組裝形成結構更加復雜的多層次的二維納米材料，如圖3所示。

圖3. P3HT-b-PEO在不同濃度的異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（濃度依次增大）。

  通過對二維矩形納米材料的形成過程及其微觀結構進行深入研究，發現在異丙醇溶液中，嵌段聚合物P3HT-b-PEO首先自組裝形成一維納米纖維，之后一維納米纖維再次自組裝形成二維矩形納米材料，如圖4所示。該論文演示了二維矩形微納米材料的形成過程，如圖5所示。

圖4. P3HT-b-PEO在異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（降溫過程中）。

圖5. 二維矩形微納米材料的形成過程示意圖。

  本項研究首次報道基于P3HT的嵌段聚合物制得形貌規則、尺寸可控的二維微納米材料，并直接證實了所形成的二維矩形納米材料是由嵌段聚合物經過多級組裝而形成；對二維微納米材料（特別是多層次結構的二維微納米材料）的可控制備提供了新思路，在有機光電材料領域具有良好的應用前景。

  該論文發表于Macromolecules，題為“Rectangular Platelet Micelles with Controlled Aspect Ratio by Hierarchical Self-assembly of Poly(3-hexylthiophene)-b-Polyethylene Glycol”。南方科技大學博士后漆銳是論文第一作者，南方科技大學化學系何鳳副教授為唯一通訊作者，南方科技大學為唯一通訊單位。此外，2018級南科大-哈工大聯培直博生祝育林，南方科技大學格拉布斯研究院研究助理教授韓亮，南方科技大學化學系研究助理王美晶也對該論文有重要貢獻。

  本項研究得到了國家自然科學基金、深圳基礎研究計劃、深圳市諾貝爾獎科學家實驗室、廣東省創新創業團隊項目和南方科技大學分析測試中心的大力支持。

  此外，何鳳課題組近年來還在Nature Communications, Small Methods, Macromolecules, Polymer Chemistry, CCS Chemistry 上發表了系列基于π共軛嵌段聚合物的一維、二維和多級自組裝的相關工作。

  論文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c01092

  https://www.nature.com/articles/s41467-018-03195-y

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.201900470

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00071

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/py/c9py01625b#!divAbstract

  https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.020.202000297