国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

圖1 多級金納米團簇組裝體的精準膠體聚合

  近日，鄭州大學材料科學與工程學院活性聚合及功能納米材料實驗室龐新廠教授、張文杰副研究員、何彥潔教授團隊成功開發了一種基于星型嵌段共聚物單分子膠束模板的新型策略，實現了原子級精確金納米團簇（AuNCs）的多層次、可控自組裝。通過“補丁化”納米粒子作為“膠體單體”，在不同溶劑條件下實現了線性鏈狀、支化及球形等多種復雜超結構的定向構筑。該工作不僅揭示了類逐步增長聚合的動力學機制，還為催化、光學與生物成像等功能納米材料的設計提供了全新平臺。

  2026年3月3日，相關工作以“Precision Colloidal Polymerization of Hierarchical Gold Nanocluster Assemblies”為題發表在國際著名期刊ACS Nano上。論文第一作者為鄭州大學材料科學與工程學院碩士生馬文俊、博士生申娟娟、張俊樂，通訊作者為龐新廠教授、張文杰副研究員、何彥潔教授，鄭州大學為第一通訊單位。

圖2 多級金納米團簇組裝體的制備

  該研究通過原子轉移自由基聚合（ATRP）精心設計合成出一種星型兩嵌段共聚物——以β-環糊精為核心、聚(4-乙烯基吡啶)-b-聚苯乙烯（β-CD-g-P4VP-b-PS）為臂的單分子膠束。這種結構既能作為“納米反應器”，封裝預先合成的原子級精確[Au₂₅(p-MBA)₁₈]^-團簇，又能通過氫鍵作用將其牢固固定在P4VP內核中，形成均一的二級結構組裝體。通過ATRP聚合可控合成不同尺寸單分子膠束，從而制備出不同尺寸的金納米團簇組裝體。這些組裝體呈近乎單分散的球形，并在外層包裹一層疏水性的PS鏈段。當加入不良溶劑水后，PS鏈因溶解性下降而發生局部塌縮，在納米球表面形成若干個“疏水補丁”（patchy nanoparticles），從而賦予其類似化學官能團的“反應活性”。

圖3 二級級金納米團簇組裝體補丁數量調控

  補丁數量可通過調節溶劑比例（DMF/H₂O）和濃度精確控制。當良溶劑DMF占主導時表面聚合物鏈舒展，不形成或極少形成補丁。隨著不良溶劑H₂O比例增加，PS鏈因疏水作用發生坍塌和聚集，形成離散的“補丁”。實驗顯示，水的比例越高，形成的補丁越多。 在相同溶劑條件下，提高二級組裝體的濃度，會導致平均補丁數量增多。在DMF/ H₂O= 4:1 時，低濃度下主要為2補丁顆粒；當濃度從0.5 mg/mL 提高到 1 mg/mL 時，開始出現3補丁顆粒。

圖4 補丁形成的分子動力學模擬

  對補丁形成進行分子動力學模擬。隨著不良溶劑（水）含量的增加，PS鏈的溶解性變差，導致其擴散系數降低。模擬結果表明在純DMF中不形成補丁；隨著水量增加，補丁數量逐漸增多，最多可達5個。這與實驗觀察完全一致。系統濃度越高，形成的補丁數量越多。低濃度時形成2個補丁，中等濃度時形成3個，高濃度時則形成多個補丁。補丁的形成源于PS鏈段在不良溶劑環境下的疏水聚集。更高的水含量或更高的粒子濃度會增強鏈段間的吸引力，促進局部高密度區域的形成，從而產生更多補丁。相反，當吸引力減弱時，鏈段趨于分散，補丁結構便會消失。

圖5 類逐步聚合的膠體聚合

  最引人注目的發現是，這些帶有補丁的納米粒子可在溶液中進一步“聚合”，形成類似高分子長鏈的超結構。這一過程被稱為“膠體聚合”，其動力學特征與傳統的逐步增長聚合高度相似。通過透射電鏡追蹤不同時間下的組裝進程，發現隨著組裝時間延長，線性鏈中的納米單元數目持續增加。通過對平均聚合度與時間的關系擬合，顯示出極高的反應效率。

圖6 不同溶劑比例與濃度多級組裝體形態演變相圖

  更巧妙的是，通過調整實驗條件，還可獲得多種拓撲結。在低濃度和高水量條件下，雙補丁粒子通過端對端連接組裝成一維納米鏈，其長度隨反應時間線性增長；當調節至中等濃度和中等水量時，三補丁粒子比例增加，自發生成Y型分支節點，構筑出支化鏈結構。而在高濃度與超高水量環境中，多補丁粒子（≥4個）通過協同交聯一步形成直徑0.5微米的球形超結構。

  本研究開發了一種星型嵌段聚合物引導的金納米團簇（AuNCs）可控自組裝策略。通過ATRP合成均一聚合物膠束，封裝原子級精確AuNCs形成表面帶"疏水補丁"的納米顆粒。這些"膠體單體"在溶劑調控下可定向組裝為一維鏈、支化或球形超結構，其中一維鏈組裝過程遵循類逐步聚合動力學。該方法實現了對多層級納米結構從尺寸、形態到生長過程的精準調控，為今后在催化、光學和生物成像等領域設計功能性納米材料提供了新思路。

  近年來，該團隊在可控/“活性”聚合領域以及基于可控/“活性”自由基聚合理論的“納米反應器”策略擴展至功能納米晶體的設計與合成，實現了多級結構功能納米晶粒組裝體的精確設計、精準控制以及合成方法的通用性，并在面向先進制程的高端芯片用光刻膠樹脂方向開展了系統性的研究工作。

通訊作者簡介

  龐新廠，鄭州大學材料學院、河南省資源與材料工業技術研究院教授，河南科技大學學術副校長，博士生導師，河南省特聘教授，國家級青年人才計劃入選者。長期從事各種可控/“活性”聚合理論與技術、各種復雜結構的功能聚合物分子設計與合成、高端芯片用光刻膠樹脂合成、有機/無機雜化材料設計與制備、聚合物單分子納米反應器以及無機納米晶體的精準定制等方面的研究。在Science、Nature Nanotechnology、JACS、Angewandte Chemie International Edition等學術刊物上發表論文90余篇。先后承擔或參與完成多項國家自然科學基金項目、國家重點研發項目以及企業項目。

  張文杰，鄭州大學材料科學與工程學院直聘副研究員，香港科技大學唐本忠院士組博士后。研究方向圍繞光誘導可控/“活性”聚合機制、功能納米材料的可控合成、面向先進制程的高端芯片用光刻膠樹脂材料開展系統性探索。其在ACS Nano、Advanced Science、Macromolecules、Chemistry of Materials、Journal of Physical Chemistry Letters等期刊以通訊、第一（共一）作者身份發表SCI論文23篇，撰寫英文專著1章節。主持多項科研項目，包括河南省中原英才計劃青年項目、河南省科技攻關、河南省科技副總項目以及企業橫向項目。

  何彥潔，鄭州大學材料科學與工程學院教授，主要從事高分子可控/“活性”聚合、高分子材料升級回收、非線性共聚物納米反應器的可控制備及其在功能半導體材料中的應用。從2012年至今，已在 Science、Sci. Adv.、Nat. Comm、PNAS、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等國際核心期刊上發表100余篇學術論文，SCI引用近6000余次，H-index為34。先后主持或參與完成多項國家自然科學基金項目、河南省重點研發項目。

  原文鏈接 https://doi.org/10.1021/acsnano.5c19127