自組裝的案例
復旦閆強課題組：發(fā)展光點擊原位自組裝(LISA)構(gòu)建層級可調(diào)的螺旋組裝體系
研究分子的螺旋自組裝不僅能夠助力我們理解天然手性的形成，也為我們制備手性傳感器、手性催化劑、手性光學器件提供有效方法。然而，目前大多數(shù)通過自下而上構(gòu)建螺旋型組裝形態(tài)的報道都是采用傳統(tǒng)后組裝的方法，即將分子合成和分子組裝的過程從時間尺度上隔離開，但這類方法存在溶液處理步驟繁瑣、組裝濃度低的缺點。
近年來原位自組裝的策略興起，這種策略可使得分子的聚合過程和大分子的組裝同步進行，既可省略產(chǎn)物分離提純與溶液加工的冗長步驟，又可通過聚合參數(shù)（如反應(yīng)時間或聚合度等）可控地調(diào)節(jié)組裝形態(tài)，應(yīng)用廣泛。其中最具代表性的一類方法是“聚合誘導自組裝（polymerization-induced self-assembly, PISA）”。利用這種方法能夠規(guī)模化、快速制備諸如球形膠束、蠕蟲狀膠束、囊泡、甚至雙連續(xù)相等聚合物納米粒子。然而該策略也存在難以克服的瓶頸，在構(gòu)建具有復雜超結(jié)構(gòu)的組裝形態(tài)上，如螺旋或超螺旋結(jié)構(gòu)中，難以發(fā)揮作用。
圖1. 第一類（PISA）與課題組發(fā)展的第二類原位自組裝策略（LISA）的機制對比。
近期，復旦大學閆強課題組利用合成化學中的點擊反應(yīng)開發(fā)了第二類聚合物原位自組裝策略——光點擊原位自組裝（Light-click In-situ Self-Assembly, 命名為LISA），這種策略僅需兩種帶有光點擊基團的大分子作為前體，可指導前體間的點擊偶聯(lián)反應(yīng)和偶聯(lián)物的組裝過程同步化，依序構(gòu)建遍歷的聚合物組裝形態(tài)并通過光反應(yīng)時間調(diào)控相結(jié)構(gòu)演化順序（圖1）。課題組前期成功利用LISA策略獲得了對球狀粒子、柱狀粒子和囊泡體的原位裝配（詳見Macromolecules 2017, 50, 4276-4280）。
展開 基于GROMACS的小分子自組裝分子動力學模擬
關(guān)鍵詞：GROMACS；小分子；自組裝；分子動力學；回轉(zhuǎn)半徑
背景介紹
小分子自組裝過程廣泛存在于材料、生命與能源體系中，其微觀機理關(guān)乎膠束/囊泡形成、層狀有序相的出現(xiàn)以及功能納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。相比僅觀察宏觀現(xiàn)象，分子動力學（MD）能在原子尺度直接揭示小分子的自組裝機理，直觀體現(xiàn)其自組裝過程，從而為藥物，納米材料設(shè)計提供理論依據(jù)。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析匹格列酮四聚體的分子自組裝過程。
初始模型構(gòu)建
首先利用Packmol構(gòu)建匹格列酮四聚體模型，盒子大小為3*3*3，packmol輸入文件如圖1所示：
圖1 Packmol 輸入文件
所構(gòu)建的匹格列酮四聚體初始模型結(jié)構(gòu)如圖2所示：
圖2 匹格列酮四聚體初始模型結(jié)構(gòu)
首先進行能量最小化：
gmx grompp -f em.mdp -c mix.gro -p top.top -o em.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm em
能量最小化后進行2 ns的平衡模擬:
gmx grompp -f md.mdp -c em.gro -p top.top -o md.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm md
模擬分析
經(jīng)過2ns的平衡模擬后，可以看到四個匹格列酮小分子已經(jīng)成功發(fā)生了自組裝，如圖3所示：
圖3 模擬2ns后匹格列酮四聚體結(jié)構(gòu)
我們進一步分析匹格列酮四聚體的回轉(zhuǎn)半徑:
gmx gyrate -f md.xtc -s md.tpr -p
可以看到，在初始50ps的模擬過程中，分子間距離迅速收縮，表明自組裝過程已經(jīng)在進行。
展開 北科大姜乃生、LSU張東輝等《JACS》：通過側(cè)鏈支化調(diào)節(jié)嵌段共聚類肽的溶液自組裝
兩親性嵌段共聚物的溶液自組裝是制備形貌各異的聚合物納米結(jié)構(gòu)或超分子組裝體的有效方法。隨著現(xiàn)代納米技術(shù)的發(fā)展，如何通過合理的分子設(shè)計，有效調(diào)控自組裝體的多級結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸以及物理化學性質(zhì)等，是當今的熱點話題。聚類肽（polypeptoid），一類新興的仿生高分子材料，具有優(yōu)良的分子可設(shè)計性、生物相容性、生物活性等特點，受到了科學界的廣泛關(guān)注。近年來的研究表明，嵌段共聚類肽能夠通過微相分離和自組裝形成形貌各異的納米結(jié)構(gòu)，在分子識別、生物成像、基因或藥物遞送載體等生物醫(yī)用領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價值。值得一提的是，不同于聚肽，聚類肽的側(cè)鏈基團取代了聚甘氨酸主鏈上的氫，消除了氫鍵相互作用，因此其微相分離和自組裝行為可以通過改變側(cè)鏈取代基進行調(diào)控。例如，通過引入具有長烷基側(cè)鏈的聚類肽嵌段，組成線團-結(jié)晶型兩嵌段共聚物，可以引發(fā)其在溶液中的結(jié)晶驅(qū)動自組裝，獲得納米纖維、納米片、以及結(jié)構(gòu)更復雜的聚類肽自組裝體。
近日，針對如何有效調(diào)控兩嵌段共聚類肽的溶液自組裝這一問題，北京科技大學姜乃生教授、美國路易斯安那州立大學（LSU）張東輝教授課題組共同合作，以聚（N-甲基甘氨酸）-b-聚（N-辛基甘氨酸）（PNMG-b-PNOG）、聚（N-甲基甘氨酸）-b-聚（N-（2-乙基己基）甘氨酸）（PNMG-b-PNEHG）為模型體系，系統(tǒng)研究了側(cè)鏈支化結(jié)構(gòu)對聚類肽的溶液自組裝結(jié)構(gòu)和過程的影響。
展開 復旦大學鄧海教授團隊研發(fā)出5 nm分辨率導向自組裝材料
隨著摩爾定律的不斷推進，“自上而下”的光刻技術(shù)所能達到的尺寸大小已接近極限，而聚合物和小分子的“自下而上”的自組裝技術(shù)由于能夠突破傳統(tǒng)光刻技術(shù)的限制，可在分子尺寸上制備納米器件，引起了人們的廣泛關(guān)注。DSA (Directed self-assembly) 技術(shù)是在193 nm光刻技術(shù)之上、通過對嵌段聚合物進行模板導向、定向自組裝形成光刻條紋，然后選擇性刻蝕得到最終的光刻圖形。
傳統(tǒng)的DSA材料主要是PS-b-PMMA 嵌段共聚物，此類嵌段共聚物的兩個嵌段之間的Flory–Huggins相互作用參數(shù)較小，即χ值比較低，因此自組裝得到的最小特征尺寸只能達到11 nm左右，限制了其在7-5 nm光刻技術(shù)中的應(yīng)用。并且該材料需要在較高溫度下（＞ 160 C）經(jīng)歷長時間退火（＞ 10 h）才能得到長程有序的低缺陷圖案。而現(xiàn)代半導體工藝要求熱烘烤在2分鐘以下，現(xiàn)有的DSA材料的熱退火時間一般10小時以上，無法滿足生產(chǎn)工藝要求，因此研發(fā)快速自組裝的高分辨率材料至關(guān)重要。
復旦大學高分子科學系，聚合物分子工程國家重點實驗室鄧海教授團隊經(jīng)過長期研究探討，制備了一種新型的5 nm以下低溫快速導向自組裝材料PS-b-PPDFMA，其在擁有極高分辨率的同時，能夠快速自組裝形成圖案，為目前已知的最快自組裝的DSA材料，為下一代的光刻技術(shù)提供了新的可能性 (圖1)。
圖 1. Sub-5 nm嵌段聚合物的結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的SAXS,TEM表征。
PS-b-PPDFMA 嵌段聚合物可以在80℃經(jīng)歷 1 min退火后快速形成自組裝結(jié)構(gòu)。圖3 中為兩種不同分子量的嵌段聚合物材料，在不同時間和溫度下自組裝所得到的SAXS結(jié)果。經(jīng)過分析比較，該材料在80℃, 1 min 退火后即可得到有序的組裝結(jié)構(gòu)，且其特征尺寸與經(jīng)歷傳統(tǒng)的長時間退火（如160℃, 24 h）一致(圖2)。
展開 
：超疏水力誘導的超快速(5秒)界面納米粒子宏觀單層自組裝及其納米薄膜工程化技術(shù)
而粒子液-液界面自組裝(即粒子從體相中游離分散的狀態(tài)到達界面以密集組裝體形式存在)過程中，卻需要 “跋山涉水”，僅有少量“佼佼者粒子”通過克服動力學和熱力學吸附勢壘，組裝于界面。那么，如果在納米粒子界面自組裝過程中，給予強大的“燃料動力”，是否可以最大限度克服動力學和熱力學吸附勢壘，實現(xiàn)超快速界面自組裝呢？基于這樣的思想，界面超快速自組裝能否開發(fā)成一種普適性的單層納米粒子薄膜工程化技術(shù)呢？
遺憾的是，由于難以克服的動力學和熱力學吸附勢壘，傳統(tǒng)液-液界面自組裝往往呈現(xiàn)耗時、重復性差、無法大面積制備、粒子組裝可控性差、組裝效率低等不足，并導致納米粒子界面自組裝尚未用于納米薄膜工程化技術(shù)開發(fā)，進而限制其在傳感、顯示、光電器件等領(lǐng)域的功能應(yīng)用。
那么，克服動力學和熱力學吸附勢壘的驅(qū)動力來源于哪里呢？納米粒子的界面自組裝過程是受動力學和熱力學協(xié)同調(diào)控的(圖1a)。納米粒子疏水性(θ)在動力學及熱力學調(diào)控組裝的過程中，扮演著舉足輕重的角色。而傳統(tǒng)液-液界面自組裝中，粒子接觸角的調(diào)控范圍較小(~90°)，難以提供強大的驅(qū)動力來克服動力學和熱力學吸附勢壘。
鑒于此，杭州師范大學材料與化學化工學院黃又舉教授團隊在納米粒子界面超快速宏觀大面積組裝領(lǐng)域取得重大突破，相關(guān)研究工作以 “Instant Interfacial Self-Assembly for Homogeneous Nanoparticle Monolayer Enabled Conformal ‘lift on’ Thin Film Technology”為題發(fā)表在Science Advances （2021, 7, eabk2852）上。
展開 華南理工大學郭子豪課題組：結(jié)晶誘導自組裝獲取極小相分離尺度
這種通過結(jié)晶誘導自組裝的策略為制備具有極小周期性結(jié)構(gòu)的新材料提供了一種新的思路。
該研究成果以“Crystallization Induced Self-Assembly: A Strategy to Achieve Ultra-Small Domain Sizes”為題發(fā)表在《Chem. Eur. J.》上，并被評為cover feature文章。華南理工大學分子科學與工程學院2018級碩士生紀明升為論文的第一作者，郭子豪副教授為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金（No. 22003017和No. 91856128）和廣東省“珠江人才計劃”（No. 2016ZT06C322）的資助。
原文鏈接：
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.202100638
相關(guān)進展
同濟大學杜建忠教授/寧大孫輝博士：分子內(nèi)環(huán)化誘導結(jié)晶驅(qū)動自組裝
青島科技大學李志波、孫靜教授在溫度誘導結(jié)晶驅(qū)動自組裝方面取得新進展
美國南卡羅來納大學唐傳兵教授和英國布里斯托大學的Ian Manners教授團隊合作：金屬基嵌段共聚物的結(jié)晶誘導自組裝
復旦朱亮亮課題組利用結(jié)晶自組裝構(gòu)建聚集誘導熒光-室溫磷光雙發(fā)射體系
高分子科技原創(chuàng)文章。
展開 《自然·化學》自組裝多孔薄膜用于高效有機小分子分離獲進展
近日，中國科學院國家納米科學中心、納米科學卓越創(chuàng)新中心研究員唐智勇和副研究員李連山在具有剛性分子骨架的自組裝多孔薄膜用于高效有機小分子分離的研究中取得新進展。相關(guān)研究成果Microporous membranes comprising conjugated polymers with rigid backbones enable ultrafast organic-solvent nanofiltration 于7月23日在線發(fā)表在《自然-化學》（Nature Chemistry）雜志 (Nat. Chem. 2018, DOI: 10.1038/s41557-018-0093-9)。
圖：聚合物全剛性骨架支撐起自組裝結(jié)構(gòu)中高度聯(lián)通的永久性微孔
當今工業(yè)過程中涉及大量的分離、純化或者濃縮過程，因此分離技術(shù)成為現(xiàn)代工業(yè)中最重要的技術(shù)之一。目前，分離純化過程主要依賴于高能耗的基于熱的過程，例如蒸餾、蒸發(fā)、精餾等。據(jù)統(tǒng)計，化工工業(yè)中用于分離和純化的能源消耗占據(jù)了全部能源消耗的一半，其中80%被蒸餾過程消耗。因此，開發(fā)低能耗、高效的分離純化技術(shù)將極大降低能源消耗。
膜分離過程是一種在選擇性膜兩側(cè)施加壓力差，使得待分離物質(zhì)選擇性通過膜從而實現(xiàn)分離的過程，這一過程的核心技術(shù)是高效、高選擇性膜材料。這一技術(shù)在水純化或者海水脫鹽方面已經(jīng)有了很成熟的應(yīng)用，利用聚酰胺等聚合物材料的薄膜實現(xiàn)雜質(zhì)或離子去除。然而，其在有機體系的應(yīng)用相對滯后，這是因為大部分傳統(tǒng)的一維聚合物材料在有機溶液中不穩(wěn)定。其次，傳統(tǒng)一維聚合物薄膜沒有永久性孔，導致分離速度非常低下。
為了同時解決高穩(wěn)定性、高溶劑通量及高選擇性的問題，唐智勇課題組選擇了具有剛性骨架的自組裝多孔聚合物材料。
展開 南科大何鳳教授課題組在嵌段共聚物多級超分子自組裝領(lǐng)域取得重要研究進展
目前，研究者主要將精力集中在通過分子設(shè)計以及多級組裝控制去實現(xiàn)具有均一形貌的材料體系，而使用相同聚合物分子同時獲得多種形貌相對少見。更為重要的是同時實現(xiàn)一維至二維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及多種手段協(xié)調(diào)調(diào)控實現(xiàn)該過程仍然具有相當?shù)奶魬?zhàn)性，特別是在分子間弱相互作用形成的大分子膠束體系中，這一點尤為困難。
圖1. 一維棒狀膠束在不同濃度異丁醇溶液的形貌（從上至下濃度依次減小）
近日，南方科技大學何鳳教授研究團隊著眼于采用共軛嵌段共聚物為構(gòu)筑單元，通過分子間的π-π相互作用驅(qū)動分子自組裝的，獲得了一維棒狀自組裝材料。材料的構(gòu)筑基元分子為嵌段共聚物PPV-Cl-b-P2VP，如圖1所示通過控制生長溶液的濃度，可以調(diào)整所形成膠束的尺寸。同時，通過建立熱誘導成核組裝，實現(xiàn)了從一維到二維菱形結(jié)構(gòu)的形貌轉(zhuǎn)變。通過系列實驗得知該自組裝體通過熱誘導成核方法打破原有的動力學穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)歷了分子重排，最終得到處于熱力學穩(wěn)定的菱形組裝體（圖2）。同時，這些菱形膠束可同時通過退火溫度以及單聚體和種子膠束的比例進行調(diào)控（圖3）。
圖2. 熱誘導成核自組裝過程以及能量示意圖
圖3. 二維菱形膠束在經(jīng)歷不同退火溫度的形貌（從上至下溫度依次升高）
本項研究通過定量引入氯代的嵌段共聚物，利用熱誘導成核手段成功實現(xiàn)了從棒狀膠束到菱形膠束的形貌轉(zhuǎn)變，為跨維度納米材料的構(gòu)筑提供了新的思路。通過此種簡便手段獲得的納米軟材料具有優(yōu)異的納米尺寸可控性，使得這類由共軛嵌段共聚物形成的二維納米膠束在光電子器件和開關(guān)等方面有著良好的應(yīng)用前景。
展開 東南大學葛麗芹教授/劉玲教授《Small》：運動驅(qū)動的層層自組裝“修理器”用于自供電刺激內(nèi)源性傷口愈合及生理環(huán)境響應(yīng)性抗炎
該研究通過層層自組裝方法制備出了一種人體運動驅(qū)動的自供電納米復合“修理器”，用于電刺激內(nèi)源性傷口愈合及生理環(huán)境響應(yīng)性清除活性氧，緩解體內(nèi)炎癥反應(yīng)（ToC圖）。與傳統(tǒng)的被動治療方式相比，這種模式提供了一種集運動信號轉(zhuǎn)化為電信號和pH響應(yīng)性層層自組裝薄膜于一體的有效愈合創(chuàng)面的新策略，無疑為患者帶了福音。
ToC 圖 運動驅(qū)動的層層自組裝“修理器”，用于自供電刺激內(nèi)源性傷口愈合及生理環(huán)境響應(yīng)性抗炎的相關(guān)機制。
圖 1 生物力學運動驅(qū)動自供電LBL納米復合“修理器”用于傷口愈合。（a） HAP/SN是由多層薄膜（HAP）和自供電納米發(fā)電機（SN）組成的；（b）受傷人員行走時佩戴HAP/SN醫(yī)療器件，插圖：自供電刺激和納米顆粒的響應(yīng)性釋放協(xié)同促進受損組織的有效愈合示意圖；（c） SN 系統(tǒng)在運動的激活下電刺激使受損皮膚康復；（d）HAP層層自組裝薄膜用于pH-響應(yīng)性清除ROS使成纖維細胞恢復到正常的生長狀態(tài)。
在這項工作中，該課題組致力于設(shè)計一種基于摩擦電納米發(fā)電機和治療性納米顆粒響應(yīng)性釋放模型的便攜式自供電納米復合傷口“修理器”。將逐層涂覆2-羥丙基三甲基氯化銨-殼聚糖（HTCC）、海藻酸鈉（ALG）和聚多巴胺/Fe3+納米顆粒（PFNs）組裝的膜與通過生物力學運動驅(qū)動的自供電納米發(fā)電機（SN）組合到納米復合修復器（HAP/SN-NR）中（圖1a，b）。這個位于HAP/SN-NR頂層的SN系統(tǒng)可以提供適當?shù)碾妶鰪姸龋碳け砥ぴ偕欣谘苌珊推つw的快速主動愈合（圖1c）。更重要的是，受基于摩擦帶電的接觸分離型納米發(fā)電機的啟發(fā)，他們已經(jīng)證明SN作為一種可持續(xù)的可穿戴傳感器可以將人體運動的生物力學信號轉(zhuǎn)換為電信號。
展開 串聯(lián)易位聚合誘導自組裝成納米結(jié)構(gòu)嵌段共聚物及可控三唑二酮改性增強介電性能
這些共聚物能夠自組裝成不同的納米結(jié)構(gòu)，如納米毛細管、空心球納米結(jié)構(gòu)、超螺旋納米管和核-殼納米粒子等，而且導電聚乙炔嵌段是包裹在絕緣聚降冰片烯嵌段中的，有利于制備聚合物分子復合材料以進一步改善介電性能。但是與傳統(tǒng)的有機/無機復合材料相比，多數(shù)情況下基于這些自組裝結(jié)構(gòu)的聚合物材料的介電常數(shù)仍較低，難以滿足設(shè)備的最佳操作要求。為了彌補這一缺陷，一種方法是通過化學修飾將極性分子直接連接到納米結(jié)構(gòu)的表面，以增加偶極子極化而不損壞組裝體內(nèi)的導電區(qū)域。1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）是一種典型的極性分子，然而目前基于TAD的點擊化學反應(yīng)很少用于修飾自組裝，尤其是全聚合物納米結(jié)構(gòu)。
【成果簡介】
近日，華東師范大學謝美然教授與李亞巍副教授合作，通過串聯(lián)ROMP-MCP合成得到嵌段共聚物，該聚合物能夠在選擇性溶劑中自組裝成核-殼納米結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)TAD進料量可以對嵌段共聚物進行可控修飾，使得在殼中的聚降冰片烯骨架上首先發(fā)生TAD與雙鍵的Alder-ene反應(yīng)，然后在核中帶有五元環(huán)的聚乙炔（PA）主鏈上發(fā)生級聯(lián)Alder-ene和Diels-Alder反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，含有不同量的脲唑基團的改性嵌段共聚物展現(xiàn)出增強的介電常數(shù)（16.2到20.3）和更低的介電損耗（從0.031 到0.009）。
展開 二維材料的快速三維自組裝: 從氧化石墨烯到二硫化鉬
清華大學深圳研究生院呂偉課題組與天津大學楊全紅課題組借助1,4-丁二醇二縮水甘油醚(BDGE)與氧化石墨烯上羧基的相互作用， 實現(xiàn)了氧化石墨烯的快速三維組裝。此工作近期發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9363-7。
圖1 氧化石墨烯與二硫化鉬的三維自組裝結(jié)構(gòu)
本工作通過表面活性劑分散其他二維材料并實現(xiàn)材料表面官能化，借助于這些表面官能團與BDGE的相互作用， 發(fā)展出一種普適的二維材料快速三維自組裝方法。 以二硫化鉬為例，組裝形成的三維結(jié)構(gòu)顯著提高了表面利用率，極大地改善了其作為鈉離子電池負極材料的電化學性能。
來源：中國科學材料
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蘇大張曉宏揭建勝&天大胡文平Materials Today：通道限制的彎液面自組裝法實現(xiàn)晶圓級有機半
【圖文導讀】
圖一：傳統(tǒng)涂布法與通道限制的彎液面自組裝法的對比
(a, b) 傳統(tǒng)涂布法生長有機半導體單晶陣列的示意圖及得到陣列的偏光顯微鏡照片。傳統(tǒng)涂布法中彎液面的尺寸非常大，因此其前端會出現(xiàn)尺寸和取向不一致的成核點，這就造成了得到的陣列中晶體與晶體間取向和形貌不一致，表現(xiàn)為偏光顯微鏡中晶體的明暗差異。
(c) 通道限制的彎液面自組裝法的示意圖。圖中可以發(fā)現(xiàn)當用微米尺度的光刻膠通道時，彎液面的尺寸減小為微米級而其前端只有百納米級，只能形成一個晶核，所以得到的晶體的取向和形貌就會變的一致。
(d) 計算流體動力學仿真結(jié)果證實了微米尺度的光刻膠通道可以有效地減少彎液面前端的尺寸。
(e) 通道內(nèi)彎液面的顯微鏡照片及其示意圖。
(f) 求解Navier-Stokes方程得出彎液面中前端對流速度最大。表明前端會優(yōu)先聚集有機分子提前達到過飽和態(tài)，所以在此處優(yōu)先成核、結(jié)晶。
圖二：利用通道限制的彎液面自組裝法制備晶圓級有機半導體單晶陣列
(a) 晶圓級有機半導體單晶陣列生長的示意圖。
(b) 2英寸晶圓上的有機半導體單晶陣列的實物照片。
(c) 晶圓上有機半導體單晶陣列的偏光顯微鏡照片。
(d) 有機半導體單晶陣列的SEM照片。
(e) 有機半導體單晶的AFM表征結(jié)果。
(f) 2英寸晶圓上的有機半導體單晶寬度和厚度的統(tǒng)計。
圖三：有機半導體單晶陣列晶體質(zhì)量的表征
(a-c) 有機半導體單晶陣列的同步輻射掠入射X射線衍射表征結(jié)果。
(d, e) 基底不同區(qū)域有機半導體單晶的TEM表征結(jié)果。
展開 納米粒子自組裝制備2D準納米片的普適性方法
【引言】
由組裝納米顆粒(NP)組成的新型2D結(jié)構(gòu)的可控設(shè)計帶來了不同的特殊性質(zhì)和功能，加深了對構(gòu)建塊組裝行為潛在基礎(chǔ)科學的理解。近幾十年來，研究人員已經(jīng)廣泛探究了具有來自納米晶體的有序組裝的2D超晶格。迄今為止，組裝的2D結(jié)構(gòu)的制造主要依賴于以嵌段共聚物為模板、Langmuir-Blodgett組裝或者利用傳統(tǒng)的干燥介導的方法。此外，轉(zhuǎn)移或保存單層或多層2D膜通常需要基底，限制了其獨立性、自由移動性和應(yīng)用。到目前為止，將NPs排列并形成穩(wěn)定且獨立的2D納米片而不依靠基底的有關(guān)報道較少。此外，由于范德華力、庫侖和偶極相互作用等多種相互作用以及硬球空間填充規(guī)則的復雜性，操控多種組分的自組裝甚至比單一組分的自組裝更具挑戰(zhàn)性。
【成果簡介】
近日，湖南大學譚蔚泓院士、陳卓教授(共同通訊作者)等報道了一種通過操縱納米粒子(NPs)的組裝以制備自支撐2D準納米片的簡便方法，并在J. Am. Chem. Soc.上發(fā)表了題為“Generalized preparation of 2D quasi-nanosheets via self-assembly of nanoparticles”的研究論文。所得2D產(chǎn)品由數(shù)層NP組成，即其厚度僅為幾十納米，但橫向尺寸可達幾微米。因此，該新結(jié)構(gòu)可表示為2D“準納米片(QNS)”。具體而言，可以通過普適的程序?qū)追N類型的構(gòu)建塊組裝成2D一元、二元、三元甚至四元QNS。整個組裝過程在溶液中進行，并通過調(diào)節(jié)NPs周圍配體的濃度來調(diào)控。與傳統(tǒng)的組裝技術(shù)相比，即使沒有任何基底或模板，上述QNS也顯示出極高的穩(wěn)定性。無論所處溶劑環(huán)境如何(例如水、乙醇、甲醇和己烷)，其都可保持完整數(shù)天而無任何解構(gòu)。
展開 復旦朱亮亮課題組通過光激發(fā)實現(xiàn)有機相AIE并可視化指導聚合物材料的溶液加工和自組裝
：用橡皮“擦亮”固體材料
復旦大學朱亮亮研究員等綜述：雙發(fā)射熱活化延遲熒光材料
復旦大學朱亮亮課題組《Angew》：實現(xiàn)無定形材料中的超大手性控制
復旦大學朱亮亮研究員團隊ACS Nano: 通過手性傳遞共組裝制備超分子有機凝膠用于構(gòu)筑大范圍肉眼可視對映體識別體系
復旦大學朱亮亮研究員課題組通過FRET和AIE效應(yīng)實現(xiàn)分子反卡莎規(guī)則發(fā)光效率的提升
復旦大學朱亮亮研究員課題組利用光激發(fā)原理打造自主式分子開關(guān)應(yīng)用于聚集誘導磷光閃動調(diào)控
復旦大學朱亮亮研究員課題組利用單分子熒光–延遲熒光雙發(fā)射構(gòu)建三維比率型熒光探針新方法
復旦大學朱亮亮研究員課題組實現(xiàn)嵌端共聚物磁鐵控制的定向自組裝
復旦大學朱亮亮研究員課題組利用生物大分子的模板選擇性策略實現(xiàn)拓撲寡聚反應(yīng)分子量的控制
復旦朱亮亮課題組在近紅外熒光探針的生物成像方面取得進展
復旦朱亮亮課題組利用結(jié)晶自組裝構(gòu)建聚集誘導熒光-室溫磷光雙發(fā)射體系
復旦朱亮亮課題組實現(xiàn)寡聚芳丁二炔的可控光制備和長壽命發(fā)光應(yīng)用
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展開 中科院化學所宋延林研究員團隊《Nano Energy》：基于氣泡模板自組裝的透明電極，實現(xiàn)高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備
近日，中科院化學所的宋延林研究員、喬雅麗研究員團隊開發(fā)了一種基于二維氣泡模板自組裝方法制備的透明銀網(wǎng)格電極，并實現(xiàn)高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備。研究發(fā)現(xiàn), 通過氣泡自組裝方法制備銀透明電極，可以實現(xiàn)銀納米粒子自下而上的緊密堆積與高效利用。半突起的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)通過擴散控制生長促進鈣鈦礦的均勻成核。同時，包埋的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為定域化的載流子傳輸通道提升了光生載流子的分離效率。他們采用這種透明電極，成功制備了柔性鈣鈦礦太陽能電池器件。在AM 1.5光照下光電轉(zhuǎn)換效率達到18.49%。相較于使用傳統(tǒng)ITO/PET電極的器件PCE提升了20%。這種半包埋柔性透明電極的研發(fā)有望推動柔性光伏器件的進一步發(fā)展。
有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破了25%，引起學術(shù)界與工業(yè)界極大的關(guān)注。但是柔性器件效率始終低于剛性器件，是一個亟待解決的關(guān)鍵問題。為了提高柔性器件的效率，近年來的許多研究著重在新型透明電極的開發(fā)。與傳統(tǒng)ITO/PET電極光透過率差、方阻高相比，金屬納米結(jié)構(gòu)作為透明電極能夠具備高導電性與光透過率，但是其較大的粗糙度影響了電荷傳輸?shù)男逝c器件的穩(wěn)定性。因此，發(fā)展新的方法構(gòu)筑有序可控的金屬納米結(jié)構(gòu)，在提高導電性與光透過率的同時不損失電荷在界面處傳輸?shù)男剩瑢⑹翘嵘嵝遭}鈦礦太陽能電池效率的有效途徑。
本文要點
要點一：利用氣泡模板法組裝并轉(zhuǎn)印的透明銀網(wǎng)格兼具低方阻、高透光、低粗糙度等特點。
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