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苏州大学何乐课题组《Chem. Mater.》:分步策略可控制备复杂异质结构胶体颗粒
2019-11-28  来源:高分子科技

  近二十年来,胶体合成领域取得了前所未有的进展,已可以精确可控合成不同尺寸、形状、晶型、组成、结构和表面性质的单分散胶体颗粒。最近,胶体合成的挑战转移到制备具有更加复杂结构和成分的各向异性的胶体颗粒上。这些具有复杂形状、结构和空间成分的低对称异质结构颗粒由于其独特的光学、电学、磁性或流变学特性而引起研究者们广泛的兴趣。然而现有研究中大多数复杂的胶体由球形基底或多个球形单元组成,从根本上限制了结构复杂性和各向异性的进一步增加。目前尽管制备异质结构已经取得了一些进展,但仍然迫切需要进一步扩大具有更高复杂度的异质结构粒子库。

  近日,苏州大学何乐教授与广西大学王丽伟副研究员合作报道了一种基于非球形种子的通用的分步合成策略,并利用该方法可控制备多种具有复杂结构和成分的异质结构颗粒(图1)。该工作首次采用局部曲率控制的种子乳液聚合法,在不同的非球形胶体种子上进行聚苯乙烯二级纳米结构的位点选择性生长(图2-3)。后续,对已经合成的异质结构颗粒用不同的材料进行位点选择性功能化,如二氧化硅、二氧化钛和金属,随后选择性地去除不同的组分,进一步增加异质结构颗粒的结构复杂度(图4-6)。另外,利用合成的复杂异质结构颗粒,获得了一种新型的结合平动和转动的纳米马达。这种生长策略是一种通用的方法,适用于制备具有可控结构、组成和功能的复杂异质结构颗粒,为其在各种用途上的应用铺平了道路。

图1:基于非球形种子制备复杂异质结构颗粒的分步策略示意图。

图2:位点选择性种子乳液聚合过程示意图和典型的I型异质结构颗粒TEM图。

图3: 聚苯乙烯二级纳米结构在不同形貌、尺寸和成分的非球形胶体种子上的位点选择性生长。要点:采用局部曲率控制的种子乳液聚合法,实现了在不同的非球形胶体种子上进行聚苯乙烯二级纳米结构的位点选择性生长。

图4:对I型异质结构颗粒选择性地进行二氧化硅功能化以及选择性地去除聚苯乙烯产生新型II型和III型异质结构颗粒。

图5:对I型异质结构颗粒选择性地进行二氧化钛功能化以及选择性地去除聚苯乙烯产生II型和III型异质结构颗粒。

图6:对I型异质结构颗粒选择性地修饰金和铂颗粒以及选择性地去除聚苯乙烯产生II型和III型异质结构颗粒。要点:通过选择性地功能化和选择性地去除不同组分,进一步增加了异质结构颗粒的结构和成分复杂度。

  以上成果近期发表在Chemistry of Materials上,论文题目为“A Step-by-Step Strategy for Controlled Preparations of Complex Heterostructured Colloids”论文共同第一作者为:博士后李超然和硕士生于盈盈。论文共同通讯作者为:何乐教授王丽伟副研究员

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.9b03917

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