齐利民课题组在Science Advances报道纳米粒子合成与组装方面的新进展

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别凹形结构的箭头状金纳米粒子的可控合成以及外形指导的超晶体自组装方面取得紧张进展，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日发表在Science Advances杂志上（Sci. Adv. 2017, 3, e1701183. DOI: 10.1126/sciadv.1701183）。

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用策略，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系统的组装举动及演变规律。纳米粒子的几何外形在纳米粒子有序超结构的修建方面中发挥着十分紧张的作用。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修建具有复杂结构和荟萃性子的超晶体。但目前可应用于大尺度超晶体组装的纳米构造基元仍重要局限于具有凸形结构的胶体纳米晶，这在很大程度上限定了超晶体的结构复杂性和性能可调性。

齐利民课题组行使动力学控制生长与选择性外观包覆相结合的策略，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。这种结构新鲜的金纳米箭头（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，而外观活性剂CTAC的存在则有助于实现具有特别凹形结构中轴的动力学控制生长。因为自身的堆积与互锁能力，GNAs能够在外形指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外形指导的协同作用。电磁场模仿效果注解，GNAs所构成的等离激元超晶体具有结构依靠的电磁场加强性子和光学性子，呈现出电场分布的独特纳米图案，并体现出明显的偏振依靠光学性子。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拓荒了一条新的途径。

金纳米箭头的可控合成与外形指导组装

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天然科学基金委和科技部等项目的资助。

原文链接：http://advances.sciencemag.org/content/3/10/e1701183

编辑：山石