近二十年來，膠體合成領域取得了前所未有的進展，已可以精確可控合成不同尺寸、形狀、晶型、組成、結構和表面性質的單分散膠體顆粒。最近，膠體合成的挑戰轉移到制備具有更加復雜結構和成分的各向異性的膠體顆粒上。這些具有復雜形狀、結構和空間成分的低對稱異質結構顆粒由于其獨特的光學、電學、磁性或流變學特性而引起研究者們廣泛的興趣。然而現有研究中大多數復雜的膠體由球形基底或多個球形單元組成，從根本上限制了結構復雜性和各向異性的進一步增加。目前盡管制備異質結構已經取得了一些進展，但仍然迫切需要進一步擴大具有更高復雜度的異質結構粒子庫。
近日，蘇州大學何樂教授與廣西大學王麗偉副研究員合作報道了一種基于非球形種子的通用的分步合成策略，并利用該方法可控制備多種具有復雜結構和成分的異質結構顆粒（圖1）。該工作首次采用局部曲率控制的種子乳液聚合法，在不同的非球形膠體種子上進行聚苯乙烯二級納米結構的位點選擇性生長（圖2-3）。后續，對已經合成的異質結構顆粒用不同的材料進行位點選擇性功能化，如二氧化硅、二氧化鈦和金屬，隨后選擇性地去除不同的組分，進一步增加異質結構顆粒的結構復雜度（圖4-6）。另外，利用合成的復雜異質結構顆粒，獲得了一種新型的結合平動和轉動的納米馬達。這種生長策略是一種通用的方法，適用于制備具有可控結構、組成和功能的復雜異質結構顆粒，為其在各種用途上的應用鋪平了道路。
圖1：基于非球形種子制備復雜異質結構顆粒的分步策略示意圖。
圖2：位點選擇性種子乳液聚合過程示意圖和典型的I型異質結構顆粒TEM圖。
圖3： 聚苯乙烯二級納米結構在不同形貌、尺寸和成分的非球形膠體種子上的位點選擇性生長。要點：采用局部曲率控制的種子乳液聚合法，實現了在不同的非球形膠體種子上進行聚苯乙烯二級納米結構的位點選擇性生長。
圖4：對I型異質結構顆粒選擇性地進行二氧化硅功能化以及選擇性地去除聚苯乙烯產生新型II型和III型異質結構顆粒。
圖5：對I型異質結構顆粒選擇性地進行二氧化鈦功能化以及選擇性地去除聚苯乙烯產生II型和III型異質結構顆粒。
圖6：對I型異質結構顆粒選擇性地修飾金和鉑顆粒以及選擇性地去除聚苯乙烯產生II型和III型異質結構顆粒。要點：通過選擇性地功能化和選擇性地去除不同組分，進一步增加了異質結構顆粒的結構和成分復雜度。
以上成果近期發表在Chemistry of Materials上，論文題目為“A Step-by-Step Strategy for Controlled Preparations of Complex Heterostructured Colloids”論文共同第一作者為：博士后李超然和碩士生于盈盈。論文共同通訊作者為：何樂教授和王麗偉副研究員。
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