高分子组装新境界:《JACS》刊发程正迪院士团队“纳米硬币”最新研究成果
发布人:张妮  发布时间:2017-04-20   

据420日高分子科学前沿网站报道:近日《JACS》刊发了程正迪院士团队题为A Noncrystallization Approach toward Uniform Thylakoids-like 2D “Nano-coins” and Their Grana-like 3D Suprastructures的论文。指出,利用高分子组装得到的二维纳米结构是近些年来纳米科学中的研究热点,有着独特的性质。虽然利用各式各样的方法可以得到多种二维纳米结构,但可以有效制备圆形二维纳米结构的方法还很少。程正迪院士团队研究成果足够新颖和优秀,组装方法简单且具有拓展性,为人们制备二维结构又贡献了一个新的思路。具体报道如下:


利用高分子组装得到的二维纳米结构是近些年来纳米科学中的研究热点,有着独特的性质。虽然利用各式各样的方法可以得到多种二维纳米结构,但可以有效制备圆形二维纳米结构的方法还很少。近日,程正迪院士与Zhang Wei团队利用C60PS的复合物的组装可以得到二维超分子结构,在形貌上类似于硬币

利用C60PS的复合物NC60+AC60PSn的组装得到“纳米硬币


   在该复合物的基本结构中,含有两个C60的分子和一条PS高分子链,三者通过共价键彼此相连,其中一个C60分子表面为氨基正离子,另一个C60表面为羧基,这就赋予了该复合物可以用pH调控组装的潜在能力。不过要合成这样的复合分子并不容易,虽然研究者对于它的合成是轻描淡写,但其合成过程并不简单。

图注:NC60+AC60PSn的合成路线


对于NC60+AC60PSn的组装,调控因素有两个:pHPS的聚合度。通过一定的条件优化,可以在H2O/THF中得到组装结构,干态下的TEMAFM显示得到了纳米硬币形貌的组装结构。进一步的研究表明,纳米硬币的表面是依靠静电力相互吸引的C60分子,而中间则为PS无规线团通过范德华力自组装得到的双层结构。同时利用AFM可以表征得到纳米硬币的厚度,PS的聚合度越高,则这个厚度越大。

▲ a-f:TEMAFM表征得到的纳米硬币形貌;g&h:纳米硬币结构示意图


这样的纳米圆盘形貌让研究者想起了植物叶绿体中的类囊体和基粒结构,那么,它们能否像生物体一样得到更高级的纳米结构呢?研究者进行了下面的探索。

   通过把制备条件改为中性pH条件,他们降低了纳米硬币之间的正电性排斥,此时PS之间的范德华力凸显出来,硬币之间彼此组装得到高级结构。

▲“硬币组装得到圆柱状纳米粒子


作为高分子物理界的大师,程正迪院士在该研究中也使用了“看家本领”——高分子物理理论计算。研究者对粒子形成进行了详细的相关表征与高分子物理计算。

总体而言,作为高分子组装的基础研究,这篇《JACS》已经足够新颖和优秀,组装方法简单且具有拓展性,为人们制备二维结构又贡献了一个新的思路



参考文献:

Lin, Z.; Sun, J.; Zhou, Y.; Wang,Y.; Xu, H.; Yang, X.; Su, H.; Cui, H.; Aida, T.; Zhang, W.; Cheng, S. Z. D., A Noncrystallization Approach toward Uniform Thylakoids-like 2D “Nano-coins” and Their Grana-like 3D Suprastructures.Journal of the American ChemicalSociety2017. DOI: 10.1021/jacs.7b01275