復(fù)旦科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)新納米顆粒超晶格開(kāi)創(chuàng)自組裝研究新范式

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2025-02-28 15:30:44 百家號(hào)

復(fù)旦科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)新納米顆粒超晶格,！北京時(shí)間2月28日，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系董安鋼,、李同濤團(tuán)隊(duì)與高分子科學(xué)系李劍鋒團(tuán)隊(duì)及新加坡南洋理工大學(xué)倪冉團(tuán)隊(duì)合作,，在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇題為“基于曲率介導(dǎo)的排空力構(gòu)建納米顆粒籠目超晶格”的論文,。該研究利用凹形納米顆粒作為構(gòu)建基元,，通過(guò)調(diào)整顆粒的局部曲率來(lái)調(diào)控顆粒間的排空力，成功實(shí)現(xiàn)了籠目晶格等一系列新型超晶格材料的可控構(gòu)建,，為納米顆粒自組裝領(lǐng)域提供了全新的研究范式,，有望在催化、能源,、功能器件等領(lǐng)域帶來(lái)創(chuàng)新性應(yīng)用,。

納米顆粒被視為“人造原子”，基于其可控組裝構(gòu)筑而成的超晶格具有晶體對(duì)稱(chēng)性的介觀凝聚態(tài)物質(zhì),，在多個(gè)領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值,。然而，實(shí)現(xiàn)超晶格材料的可編程化設(shè)計(jì)面臨一個(gè)重要挑戰(zhàn)：如何模擬原子成鍵,，驅(qū)動(dòng)顆粒間的選擇性識(shí)別與方向性鍵合,。過(guò)去的研究主要集中在球形或凸多面體納米顆粒上，而復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出利用非凸納米顆粒,，并通過(guò)調(diào)控顆粒的局部曲率,，創(chuàng)造出類(lèi)原子價(jià)鍵特性的顆粒間定向相互作用。

這種原理類(lèi)似于“鎖與鑰匙”的關(guān)系,。復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授董安鋼表示：“我們?cè)O(shè)計(jì)并合成了啞鈴形納米晶,，利用其頭部與腰部曲率自互補(bǔ)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了互鎖式長(zhǎng)程有序組裝,?！蓖ㄟ^(guò)優(yōu)化合成條件制備了凹度適中的啞鈴形顆粒，并基于氣液界面組裝技術(shù),，獲得了高質(zhì)量的二維Kagome超晶格,，其單晶區(qū)域可達(dá)數(shù)十平方微米,，包含超過(guò)10萬(wàn)個(gè)凹凸互鎖的啞鈴形顆粒。這種精度是傳統(tǒng)3D打印和光刻技術(shù)難以比擬的,，展現(xiàn)了納米自組裝技術(shù)在物質(zhì)制備中的優(yōu)勢(shì),。該Kagome超晶格具有p6對(duì)稱(chēng)性，展現(xiàn)出獨(dú)特的面內(nèi)手性,，有望帶來(lái)全新的光學(xué)性質(zhì),。

引入具有凹面特征的納米顆粒作為構(gòu)建基元，是這項(xiàng)研究的最大亮點(diǎn),。這一研究思路為超晶格材料的按需定制開(kāi)辟了全新的研究方向和視角,。通過(guò)調(diào)控顆粒的曲率特性，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí),，未來(lái)有望真正實(shí)現(xiàn)超晶格材料的可編程化設(shè)計(jì),，推動(dòng)納米組裝科學(xué)的發(fā)展。

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