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  二維平面結(jié)構(gòu)的微納米材料由于其納米尺寸效應(yīng)、較大的比表面積和較好的平面結(jié)構(gòu)，在生物醫(yī)藥、化學(xué)傳感器、電子信息和智能材料等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。二維微納米材料的應(yīng)用性能與其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸密切相關(guān)。因此，研究如何制備形狀規(guī)則和尺寸可控的二維微納米材料具有顯著的理論和實(shí)際意義。目前，關(guān)于二維平面結(jié)構(gòu)的微納米材料的可控制備仍然面臨較大困難。尤其是，制備尺寸和形貌可控的、結(jié)構(gòu)和功能更加豐富的多層次、多級(jí)結(jié)構(gòu)的二維平面結(jié)構(gòu)的微納米材料具有極大挑戰(zhàn)。

  近日，南方科技大學(xué)何鳳副教授研究團(tuán)隊(duì)以?xún)捎H性π共軛嵌段聚合物（聚己基噻吩-b-聚乙二醇單甲醚，P3HT-b-PEO）為研究對(duì)象，采用溶液自組裝的方法制得了形貌規(guī)則、尺寸可控的具有矩形結(jié)構(gòu)的二維微納米材料。在異丙醇溶液中，通過(guò)加熱溶解，再降溫老化，P3HT-b-PEO自組裝形成了具有矩形結(jié)構(gòu)的二維微納米材料。通過(guò)控制P3HT和PEO的鏈段長(zhǎng)度，可以調(diào)控矩形二維微納米材料的尺寸和長(zhǎng)寬比，如圖1和2所示。

圖1. P3HT-b-PEO在異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（PEO保持不變，P3HT的鏈段長(zhǎng)度依次增加）。

圖2. P3HT-b-PEO在異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（P3HT保持不變，PEO的鏈段長(zhǎng)度依次增加）。

  另外，通過(guò)控制聚合物的濃度，可以調(diào)控二維矩形微納米材料的尺寸；當(dāng)聚合物濃度超過(guò)一定值時(shí)，嵌段聚合物可以組裝形成結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的多層次的二維納米材料，如圖3所示。

圖3. P3HT-b-PEO在不同濃度的異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（濃度依次增大）。

  通過(guò)對(duì)二維矩形納米材料的形成過(guò)程及其微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)在異丙醇溶液中，嵌段聚合物P3HT-b-PEO首先自組裝形成一維納米纖維，之后一維納米纖維再次自組裝形成二維矩形納米材料，如圖4所示。該論文演示了二維矩形微納米材料的形成過(guò)程，如圖5所示。

圖4. P3HT-b-PEO在異丙醇溶液中所形成的組裝體的形貌（降溫過(guò)程中）。

圖5. 二維矩形微納米材料的形成過(guò)程示意圖。

  本項(xiàng)研究首次報(bào)道基于P3HT的嵌段聚合物制得形貌規(guī)則、尺寸可控的二維微納米材料，并直接證實(shí)了所形成的二維矩形納米材料是由嵌段聚合物經(jīng)過(guò)多級(jí)組裝而形成；對(duì)二維微納米材料（特別是多層次結(jié)構(gòu)的二維微納米材料）的可控制備提供了新思路，在有機(jī)光電材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

  該論文發(fā)表于Macromolecules，題為“Rectangular Platelet Micelles with Controlled Aspect Ratio by Hierarchical Self-assembly of Poly(3-hexylthiophene)-b-Polyethylene Glycol”。南方科技大學(xué)博士后漆銳是論文第一作者，南方科技大學(xué)化學(xué)系何鳳副教授為唯一通訊作者，南方科技大學(xué)為唯一通訊單位。此外，2018級(jí)南科大-哈工大聯(lián)培直博生祝育林，南方科技大學(xué)格拉布斯研究院研究助理教授韓亮，南方科技大學(xué)化學(xué)系研究助理王美晶也對(duì)該論文有重要貢獻(xiàn)。

  本項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳基礎(chǔ)研究計(jì)劃、深圳市諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)室、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和南方科技大學(xué)分析測(cè)試中心的大力支持。

  此外，何鳳課題組近年來(lái)還在Nature Communications, Small Methods, Macromolecules, Polymer Chemistry, CCS Chemistry 上發(fā)表了系列基于π共軛嵌段聚合物的一維、二維和多級(jí)自組裝的相關(guān)工作。

  論文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c01092

  https://www.nature.com/articles/s41467-018-03195-y

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.201900470

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00071

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/py/c9py01625b#!divAbstract

  https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.020.202000297