近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院齊利民教授課題組在具有特殊凹形結(jié)構(gòu)的箭頭狀金納米粒子的可控合成以及形狀引導(dǎo)的超晶體自組裝方面取得重要進(jìn)展，為特異形貌納米粒子及其有序超結(jié)構(gòu)的可控制備與性能調(diào)控提供了新的思路。該研究成果于2017年10月27日發(fā)表在Science Advances雜志上（Sci. Adv. 2017, 3, e1701183. DOI: 10.1126/sciadv.1701183）。

通過膠體納米晶的自組裝而形成復(fù)雜有序的超結(jié)構(gòu)不僅是制備具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和非凡性能的新型材料及功能器件的有效策略，而且有助于人們深入了解膠體晶體和生物自組裝結(jié)構(gòu)等各類組裝體系的組裝行為及演變規(guī)律。納米粒子的幾何形狀在納米粒子有序超結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方面中發(fā)揮著十分重要的作用。迄今為止，多種各向異性的非球形納米晶已被成功合成并應(yīng)用于構(gòu)筑具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和集合性質(zhì)的超晶體。但目前可應(yīng)用于大尺度超晶體組裝的納米構(gòu)造基元仍主要局限于具有凸形結(jié)構(gòu)的膠體納米晶，這在很大程度上限制了超晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和性能可調(diào)性。

齊利民課題組利用動(dòng)力學(xué)控制生長與選擇性表面包覆相結(jié)合的策略，通過金納米棒的二次生長成功實(shí)現(xiàn)了單分散的箭頭狀金納米晶的可控合成。這種結(jié)構(gòu)新穎的金納米箭頭（GNAs）包含兩個(gè)金字塔形的端部和一個(gè)由十字交叉板塊構(gòu)成的中軸，呈現(xiàn)出一種具有獨(dú)特互鎖能力的凹形結(jié)構(gòu)。該合成過程中，銀離子的欠電位沉積有助于獲得暴露(111)晶面的金字塔形端部，而表面活性劑CTAC的存在則有助于實(shí)現(xiàn)具有特殊凹形結(jié)構(gòu)的中軸的動(dòng)力學(xué)控制生長。由于自身的堆積與互鎖能力，GNAs能夠在形狀引導(dǎo)作用下通過簡單的溶劑揮發(fā)在基底上組裝為疏松堆積或緊密互鎖的二維和三維超晶體，它們具有可調(diào)的堆積密度及孔結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)多樣、構(gòu)造奇特的超晶體的形成可歸因于熵驅(qū)動(dòng)和形狀引導(dǎo)的協(xié)同作用。電磁場模擬結(jié)果表明，GNAs所構(gòu)成的等離激元超晶體具有結(jié)構(gòu)依賴的電磁場增強(qiáng)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，呈現(xiàn)出電場分布的獨(dú)特納米圖案，并表現(xiàn)出顯著的偏振依賴光學(xué)性質(zhì)。這類等離激元超晶體在傳感和超材料等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。該研究工作為具有特異凹形結(jié)構(gòu)納米晶的控制合成和具有新奇結(jié)構(gòu)及功能的納米粒子超結(jié)構(gòu)的可控組裝開辟了一條新的途徑。 

北京大學(xué)博士生王茜是本論文的第一作者，北京大學(xué)物理學(xué)院方哲宇課題組作為合作方參與了此項(xiàng)研究，該工作得到了來自國家自然科學(xué)基金委和科技部等項(xiàng)目的資助。

Science Advances原文鏈接：

http://advances.sciencemag.org/content/3/10/e1701183.