天龙八部

中国科大新型手性无机纳米材料的研制取得新进展

发布者(zhe):刘建(jian)伟发布(bu)时间:2019-05-04浏览次数:846

手(shou)(shou)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)在(zai)推(tui)动(dong)生物标记、手(shou)(shou)性(xing)分(fen)析和(he)检测、对映异(yi)构体选(xuan)择性(xing)分(fen)离、偏振相关光子(zi)(zi)学(xue)和(he)光电(dian)子(zi)(zi)学(xue)应(ying)用等(deng)领域(yu)的发展具有重(zhong)要意义。目前(qian),传(chuan)统(tong)手(shou)(shou)性(xing)纳(na)米(mi)材(cai)料(liao)(liao)主要是通过引(yin)入手(shou)(shou)性(xing)配体或构造(zao)螺旋(xuan)结(jie)构等(deng)电(dian)偶(ou)极(ji)矩调(diao)控方式(shi)构筑,但这(zhei)(zhei)类手(shou)(shou)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)在(zai)环境稳定性(xing)和(he)导电(dian)性(xing)方面通常存在(zai)局限性(xing),极(ji)大(da)地限制了(le)其(qi)实际应(ying)用。探索(suo)新的调(diao)控机(ji)制并构筑新型手(shou)(shou)性(xing)纳(na)米(mi)功能材(cai)料(liao)(liao)是突破这(zhei)(zhei)一科(ke)学(xue)瓶颈的新途(tu)径。

近(jin)日(ri),中(zhong)国科(ke)学(xue)(xue)技术大学(xue)(xue)俞(yu)书宏院(yuan)士团队与(yu)国家(jia)纳米(mi)科(ke)学(xue)(xue)中(zhong)心唐(tang)智勇研究员(yuan)课题组、多(duo)伦(lun)多(duo)大学(xue)(xue)Edward Sargent教授团队开展多方合(he)作,在新型(xing)手性(xing)无机纳米(mi)材料合(he)成(cheng)研究中(zhong)取得突(tu)破性(xing)进展。研究人员首次(ci)通过在一维纳米(mi)结构单元中(zhong)定点选择性(xing)复合(he)磁(ci)性(xing)材料,利用(yong)局(ju)域磁(ci)场调制电偶(ou)极矩与磁(ci)偶(ou)极矩之间的(de)相互作用(yong),成(cheng)功合(he)成(cheng)了一类新型(xing)手性(xing)无机纳米(mi)材料。该成(cheng)果以(yi)“Regioselective magnetization in semiconducting nanorods”为题在线发表《自然纳米技术》杂志上(Nat. Nanotechnol. 2020, 10.1038/s41565-019-0606-8)

1:一维纳米棒(bang)的位点选择性磁化。(a-c)异质成核生长与两种材料间接触角的关系总结。(d)“双缓冲层”策(ce)略实(shi)现磁性组分在纳米棒端点的选(xuan)择性生长。

俞书宏院(yuan)士团队长(zhang)期开展功(gong)能无(wu)机(ji)纳米(mi)材(cai)料(liao)的(de)合成方法学(xue)研究,在胶(jiao)体(ti)纳米(mi)晶成核生长(zhang)方面积累了丰富经(jing)验。构(gou)建此类磁(ci)(ci)光手性纳米(mi)异质结构(gou)的(de)前提是在特定(ding)位置引入局域磁(ci)(ci)场,因而需要(yao)实现磁(ci)(ci)性单元的(de)位点(dian)选(xuan)择性生长(zhang)。研究人员基(ji)于材(cai)料(liao)间接触角与异质成核生长(zhang)的(de)相互关系(图1a-c),提出(chu)了一种“双缓冲(chong)层设计”合成策略(图1d),通过次序引(yin)入中间缓冲层改变材料间的界面(mian)能差(cha)异,从而解(jie)决了(le)传(chuan)统半导体(ti)材料与(yu)磁性(xing)材料间的晶(jing)格和化学失配问题,巧妙地(di)实现了(le)磁性(xing)材料在不同半导体(ti)特定位置的选择性(xing)生长。

研(yan)究人(ren)员发(fa)现(xian),在纳(na)(na)米(mi)(mi)(mi)结构中(zhong)引(yin)入局域磁场可实现(xian)对电(dian)偶极矩与磁偶极矩的有效(xiao)调控。通(tong)过(guo)构筑这类新型磁光纳(na)(na)米(mi)(mi)(mi)材料,能够实现(xian)磁诱导(dao)光学活(huo)性,为(wei)开发(fa)新型手性无(wu)机纳(na)(na)米(mi)(mi)(mi)材料提供了新途径(jing)。他们以常见的一(yi)维硫属(shu)化合物(wu)半导(dao)体纳(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒为(wei)例,通(tong)过(guo)在纳(na)(na)米(mi)(mi)(mi)棒的顶(ding)点处集成Ag2S/Au核壳结构组分,催化Fe3O4磁性纳(na)米颗粒(li)的定(ding)点生长,成功构筑了ZnxCd1-xS-Ag2S/Au@Fe3O(x = 1, 0.9, 0.5, 0.3, 0) 四元异质纳米(mi)棒(图2)。得益(yi)于(yu)这种局(ju)域磁(ci)场调控机制(zhi),异质纳米棒(bang)的(de)电偶极矩发生(sheng)偏转(zhuan)并与磁(ci)偶极矩产生(sheng)非零相互作用,从而在不引入手性配体、螺(luo)旋结构或手性晶格的(de)前提下,展(zhan)现出了手性光(guang)学活性(图3)。

  

2:四(si)元异质纳米棒的外延生长表征。(a-b)高分辨图(tu)像显示每种组分晶面,展示了(le)沿立方晶体(ti)[111]轴的外延生(sheng)长(zhang)方(fang)向。(c)异质纳(na)米棒的三(san)维模型和俯(fu)视投影图(tu)。(d)晶面(mian)原子模型(xing)。(e)纳米(mi)棒组分(fen)元素分(fen)布。(f-h)纳米(mi)棒端(duan)点结构(gou)分析。

(合肥微(wei)(wei)尺度物质科(ke)学国家研(yan)究中(zhong)心(xin),化(hua)学与材料科(ke)学学院,科(ke)研(yan)部)


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