近二十年來，膠體合成領(lǐng)域取得了前所未有的進(jìn)展，已可以精確可控合成不同尺寸、形狀、晶型、組成、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的單分散膠體顆粒。最近，膠體合成的挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)移到制備具有更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)和成分的各向異性的膠體顆粒上。這些具有復(fù)雜形狀、結(jié)構(gòu)和空間成分的低對(duì)稱異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒由于其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁性或流變學(xué)特性而引起研究者們廣泛的興趣。然而現(xiàn)有研究中大多數(shù)復(fù)雜的膠體由球形基底或多個(gè)球形單元組成，從根本上限制了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和各向異性的進(jìn)一步增加。目前盡管制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但仍然迫切需要進(jìn)一步擴(kuò)大具有更高復(fù)雜度的異質(zhì)結(jié)構(gòu)粒子庫。
近日，蘇州大學(xué)何樂教授與廣西大學(xué)王麗偉副研究員合作報(bào)道了一種基于非球形種子的通用的分步合成策略，并利用該方法可控制備多種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和成分的異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒（圖1）。該工作首次采用局部曲率控制的種子乳液聚合法，在不同的非球形膠體種子上進(jìn)行聚苯乙烯二級(jí)納米結(jié)構(gòu)的位點(diǎn)選擇性生長(zhǎng)（圖2-3）。后續(xù)，對(duì)已經(jīng)合成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒用不同的材料進(jìn)行位點(diǎn)選擇性功能化，如二氧化硅、二氧化鈦和金屬，隨后選擇性地去除不同的組分，進(jìn)一步增加異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度（圖4-6）。另外，利用合成的復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒，獲得了一種新型的結(jié)合平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的納米馬達(dá)。這種生長(zhǎng)策略是一種通用的方法，適用于制備具有可控結(jié)構(gòu)、組成和功能的復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒，為其在各種用途上的應(yīng)用鋪平了道路。
圖1：基于非球形種子制備復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒的分步策略示意圖。
圖2：位點(diǎn)選擇性種子乳液聚合過程示意圖和典型的I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒TEM圖。
圖3： 聚苯乙烯二級(jí)納米結(jié)構(gòu)在不同形貌、尺寸和成分的非球形膠體種子上的位點(diǎn)選擇性生長(zhǎng)。要點(diǎn)：采用局部曲率控制的種子乳液聚合法，實(shí)現(xiàn)了在不同的非球形膠體種子上進(jìn)行聚苯乙烯二級(jí)納米結(jié)構(gòu)的位點(diǎn)選擇性生長(zhǎng)。
圖4：對(duì)I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒選擇性地進(jìn)行二氧化硅功能化以及選擇性地去除聚苯乙烯產(chǎn)生新型II型和III型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒。
圖5：對(duì)I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒選擇性地進(jìn)行二氧化鈦功能化以及選擇性地去除聚苯乙烯產(chǎn)生II型和III型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒。
圖6：對(duì)I型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒選擇性地修飾金和鉑顆粒以及選擇性地去除聚苯乙烯產(chǎn)生II型和III型異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒。要點(diǎn)：通過選擇性地功能化和選擇性地去除不同組分，進(jìn)一步增加了異質(zhì)結(jié)構(gòu)顆粒的結(jié)構(gòu)和成分復(fù)雜度。
以上成果近期發(fā)表在Chemistry of Materials上，論文題目為“A Step-by-Step Strategy for Controlled Preparations of Complex Heterostructured Colloids”論文共同第一作者為：博士后李超然和碩士生于盈盈。論文共同通訊作者為：何樂教授和王麗偉副研究員。
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