北京大学齐利民课题组：纳米粒子合成与组装方面取得新进展

【成果简介】

近日，北京大学化学与分子工程学院齐利民教授课题组在具有特殊凹形结构的箭头状金纳米粒子的可控合成以及形状引导的超晶体自组装方面取得重要进展，为特异形貌纳米粒子及其有序超结构的可控制备与性能调控提供了新的思路。该研究成果于2017年10月27日以“Controlled growth and shape-directed self-assembly of gold nanoarrows”为题发表在Sci. Adv. 上。北京大学博士生王茜是本论文的第一作者，北京大学物理学院方哲宇课题组作为合作方参与了此项研究，该工作得到了来自国家自然科学基金委和科技部等项目的资助。

【图文导读】

图1 GNA的合成和自组装原理图

（A）在动态控制下并且选择性表面钝化的GNA的受控生长；

（B）GNA由两个金字塔头和一个四翼轴组成；

（C）GNAs通过大量溶剂蒸发的自组装过程（粉红色箭头表示三相线的移动方向，黑色箭头表示溶剂的蒸发）；

（D）自组装的GNA SC具有不同的填充和互锁状态，

图2 具有代表性的GNA的特征

（A~C）GNA的SEM图像（A和B）以及TEM（C）图像；

（D）单个GNA在（110）平面上的TEM图像；

（E）单个GNA在（100）平面上的TEM图像；

（F）（D）中的框架区域的HRTEM图像；

（G）（E）中的框架区域的HRTEM图像。

【研究内容】

通过胶体纳米晶的自组装而形成复杂有序的超结构不仅是制备具有独特结构和非凡性能的新型材料及功能器件的有效策略，而且有助于人们深入了解胶体晶体和生物自组装结构等各类组装体系的组装行为及演变规律。纳米粒子的几何形状在纳米粒子有序超结构的构筑方面中发挥着十分重要的作用。迄今为止，多种各向异性的非球形纳米晶已被成功合成并应用于构筑具有复杂结构和集合性质的超晶体。但目前可应用于大尺度超晶体组装的纳米构造基元仍主要局限于具有凸形结构的胶体纳米晶，这在很大程度上限制了超晶体的结构复杂性和性能可调性。

齐利民课题组利用动力学控制生长与选择性表面包覆相结合的策略，通过金纳米棒的二次生长成功实现了单分散的箭头状金纳米晶的可控合成。这种结构新颖的金纳米箭头（GNAs）包含两个金字塔形的端部和一个由十字交叉板块构成的中轴，呈现出一种具有独特互锁能力的凹形结构。该合成过程中，银离子的欠电位沉积有助于获得暴露（111）晶面的金字塔形端部，而表面活性剂CTAC的存在则有助于实现具有特殊凹形结构中轴的动力学控制生长。由于自身的堆积与互锁能力，GNAs能够在形状引导作用下通过简单的溶剂挥发在基底上组装为疏松堆积或紧密互锁的二维和三维超晶体，它们具有可调的堆积密度及孔结构。这些结构多样、构造奇特的超晶体的形成可归因于熵驱动和形状引导的协同作用。电磁场模拟结果表明，GNAs所构成的等离激元超晶体具有结构依赖的电磁场增强性质和光学性质，呈现出电场分布的独特纳米图案，并表现出显著的偏振依赖光学性质。这类等离激元超晶体在传感和超材料等领域有着潜在的应用价值。该研究工作为具有特异凹形结构纳米晶的控制合成和具有新奇结构及功能的纳米粒子超结构的可控组装开辟了一条新的途径。

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

文献链接：Controlled growth and shape-directed self-assembly of gold nanoarrows（Sci. Adv. ，2017,  DOI: 10.1126/sciadv.1701183）

本文由材料人编辑部王冰编辑，点我加入材料人编辑部。

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