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纳米Janus材料研究获系列进展
来源:李运波副教授个人网站 发布日期:2017-10-05

Janus(古罗马的“双面神”)材料可用于描述在同一介观体系中,具有两种截然不同的组成与物理(或化学)性质的一类材料,通常具有明确分区结构,且具有双重性质如亲水/疏水、极性/非极性,是材料科学的重要研究方向。Janus粒子越小,就越难绘制出它们的表面结构,这不但给制备带来了很大困难,也很难评价它们的应用效果。如何实现纳米Janus材料可控、批量制备以及精确表征是目前研究的热点及难点。

在国家自然科学基金委的支持下,李运波课题组的科研人员从2012年开始了纳米Janus材料制备方法的研究。采用反向原子自由基转移乳液法(RATRP)合成了聚苯乙烯杂化纳米粒子(Polymer Chemistry, 2015, 6, 896-899.)。所制备的Janus粒子尺寸分布均匀,每个PS球绑定一个金纳米粒子。精确的Janus粒子结构可以通过调节苯乙烯单体和金纳米粒子的比例,添加胶体金时间,控制反应温度等条件获得。将金引发剂加入到ATRP反应体系中引发活性聚合生成Au-PS复合纳米粒子,通过表面引发聚合控制合成复合纳米粒子的形貌,并详细探讨了生成Janus颗粒的条件(Journal of Applied Polymer Science, 2016, 133, 43584.)。

在此基础上,利用界面法制备了有序的金纳米粒子单层Janus膜(顶面疏水和底面亲水)(RSC Advance. 2014, 4, 57611–57614.)。同步扫描光谱结果表明,金纳米粒子单层Janus膜具有增强光源光谱的特性。采用界面自组装法设计制备了P3HT-S-AuNP Janus粒子,将导电高分子P3HT引入,提出了Janus纳米光电材料的概念,阐明了Janus新型纳米复合材料微观结构与光电性能的关系(Journal of Applied Polymer Science, 2017, 134, 45107.)。在PEO-SH单晶表面固定纳米金颗粒,形成单面的Janus颗粒;然后引入PS-SH,通过聚苯乙烯上的巯基与纳米金颗粒的另一面进行充分反应,形成双面的Janus PEO-Au-PS颗粒并研究了其聚集行为(Colloid and Polymer Science. 2017, 295, 433–439.)。

最近,课题组利用实验与耗散粒子动力学(DPD)模拟法对比研究了自组装法制备PAA-AuNPs Janus纳米微粒(Computational Materials Science, 2018, 141, 221–228)。结果表明,DPD模拟法与实验结果一致:随着不同溶剂的添加量改变,“核-壳”结构逐渐转变为Janus结构。因此,在制备Janus纳米微粒时,可用DPD模拟法来设定实验条件,减少实验次数和表征难度,对于研究纳米Janus材料具有重要意义。

(来源:上海大学材料学院)

溶剂添加量改变,“核-壳”结构转变为Janus结构

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