中國青年報客戶端訊（丁超逸殷夢昊中青報·中青網(wǎng)記者王燁捷）日前，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系董安鋼、李同濤團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合高分子科學(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)在《科學(xué)》（Sicence）雜志上發(fā)表題為“基于曲率介導(dǎo)的排空力構(gòu)建納米顆?；\目超晶格”的論文。
主要參與者左起分別為李同濤、萬思妤、董安鋼、李劍鋒。受訪團(tuán)隊(duì)供圖
該研究利用凹形納米顆粒為構(gòu)建基元，通過調(diào)變顆粒的局部曲率來調(diào)控顆粒間的排空力，成功實(shí)現(xiàn)了籠目晶格（Kagome lattice）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)域帶來創(chuàng)新性應(yīng)用。
納米顆粒被認(rèn)為是“人造原子”，基于其可控組裝構(gòu)筑而成的超晶格（或超晶體）是一類具有晶體對稱性的介觀凝聚態(tài)物質(zhì)，在能源、催化、力學(xué)、光電器件、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。然而，實(shí)現(xiàn)超晶格材料的可編程化設(shè)計面臨一個重要挑戰(zhàn)：如何模擬原子成鍵，驅(qū)動顆粒間的選擇性識別與方向性結(jié)合。
過去，超晶格領(lǐng)域的前沿研究主要由歐美研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，且大多集中于球形或凸多面體納米顆粒的研究。復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出利用非凸（nonconvex）納米顆粒為構(gòu)建基元，并通過調(diào)控顆粒的局部曲率，創(chuàng)造出類原子價鍵特性的顆粒間定向相互作用。
這一原理類似于“鎖與鑰匙”的關(guān)系。復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授董安鋼介紹，團(tuán)隊(duì)設(shè)計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)了互鎖式長程有序組裝。啞鈴形顆粒之間的凹凸互補(bǔ)組裝模式，猶如鑰匙與鎖芯之間的精準(zhǔn)匹配。
“顆粒凹凸互鎖組裝模式克服了傳統(tǒng)納米顆粒相互作用難以精準(zhǔn)調(diào)控的難題，為納米基元鍵合方向性的調(diào)節(jié)提供了前所未有的精度與靈活性?！倍蹭撜f。
?。ㄍㄟ^調(diào)控啞鈴形納米顆粒局部曲率設(shè)計二維超晶格結(jié)構(gòu)。受訪者供圖）
通過構(gòu)建一系列新型超晶格結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)展示了非凸納米顆粒作為構(gòu)建基元的巨大潛力，其中Kagome晶格是最具代表性的超晶格結(jié)構(gòu)。復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系青年研究員李同濤介紹，這項(xiàng)研究通過優(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10萬個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，再次展現(xiàn)了納米自組裝技術(shù)在物質(zhì)制備中的優(yōu)勢”。據(jù)悉，該Kagome超晶格具有p6對稱性，展現(xiàn)出獨(dú)特的面內(nèi)手性，有望帶來全新的光學(xué)性質(zhì)。
?。ㄓ芍邪级葐♀徯晤w粒自組裝而成的手性Kagome晶格。受訪團(tuán)隊(duì)供圖）
據(jù)悉，納米顆粒自組裝研究涉及化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)等多個學(xué)科的知識和技能。復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系董安鋼、李同濤團(tuán)隊(duì)長期致力于納米顆粒組裝與應(yīng)用研究，而高分子科學(xué)系李劍鋒團(tuán)隊(duì)則專注于軟物質(zhì)的理論計算。
2021年底，董安鋼團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了Kagome晶格，并意識到超晶格的形成背后可能有著非常奇特的組裝原理。隨后，董安鋼向李劍鋒介紹了團(tuán)隊(duì)所合成的啞鈴狀顆粒及實(shí)驗(yàn)中所觀察到的一些自組裝結(jié)構(gòu)。李劍鋒隨即帶領(lǐng)理論團(tuán)隊(duì)，針對不同形狀的納米顆粒，進(jìn)行詳細(xì)的相圖計算。完成理論計算后，李劍鋒將結(jié)果反饋給實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)。
復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系博士后萬思妤、新加坡南洋理工大學(xué)博士后夏秀楊為論文共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系董安鋼教授、李同濤青年研究員、高分子科學(xué)系李劍鋒教授以及新加坡南洋理工大學(xué)倪冉教授為論文共同通訊作者，復(fù)旦大學(xué)為本工作的第一完成單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、上海市科委基礎(chǔ)研究領(lǐng)域重點(diǎn)項(xiàng)目、復(fù)旦大學(xué)“卓學(xué)優(yōu)秀人才”計劃等經(jīng)費(fèi)的資助。
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-2-882-0.html科學(xué)家為納米顆粒提供了全新的研究范式
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