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[乐虎国际app下载资讯] 邱惠斌课题组Science:一种变革性乐虎国际app下载表面功能化方法

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发表于 2019-12-2 07:30:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
表面功能化在工业界和生活中都具有十分重要的意义,它既能保护乐虎国际app下载免受外界侵蚀,也能诱导乐虎国际app下载产生新的物理化学性能。传统的表面功能化方法门类众多,有物理方法,例如涂附、喷涂、浸渍等;也有化学方法,例如电镀、热处理、化学处理等,这些方法已被广泛应用于各个领域。随着纳米技术的快速发展,表面功能化途径也逐渐由宏观转向微观,微纳米尺度上的精确调控不但能够深度发掘乐虎国际app下载的本征性能,而且可以赋予乐虎国际app下载众多新颖的功能,例如自然界中荷叶出淤泥而不染、水黾能站在水面上、甲壳虫的鞘翅五彩斑斓等现象,都是因为其表面存在各种奇特的微纳米结构。但是,目前已开发的微纳米层次的表面功能化方法,如电化学沉积、气相化学沉积、纳米刻蚀、纳米压印等,一般都依赖于比较昂贵或特殊的设备,在材质丰富性、加工效率、后续功能化等方面仍存在比较大的局限性。开发高效、廉价、广泛适用的微纳米表面功能化方法已成为化学、乐虎国际app下载科学领域的一项重要研究任务。
       邱惠斌教授与Ian Manners教授(上海交通大学顾问教授)合作报道了一种在乐虎国际app下载表面活性生长嵌段共聚物胶束刷的方法,该胶束刷的密度、长度和壳层化学等均能被精确调控(图1和图2),而且通过后修饰可以灵活地引入各类功能分子或纳米粒子(图2),因而在催化、抑菌、分离等诸多领域表现出良好的应用前景。该研究成果以“Tailored multifunctional micellar brushes via crystallization-driven growth from a surface”为题于11月29日发表在Science上(https://science.sciencemag.org/content/366/6469/1095)。
        西班牙奥维耶多大学的Soto教授在同期Science杂志上以“Surface nanopatterning with polymer brushes”为题,对该项工作进行了高度评价: (https://science.sciencemag.org/content/366/6469/1078)。
疏水性胶束刷.jpg
图1 在乐虎国际app下载表面引发活性自组装生长疏水性胶束刷

胶束刷

胶束刷
图2 胶束刷的多元后功能化与非均相催化应用

       研究人员以硅片作为模型乐虎国际app下载,将聚二茂铁硅烷-b-聚(2-乙烯基吡啶)(PFS-b-P2VP)短柱状胶束种子通过非共价键作用锚定在其表面;后续加入的聚二茂铁硅烷-b-聚二甲基硅氧烷(PFS-b-PDMS)能够在胶束种子两端外延生长,最终形成长度均一可控的PFS-b-PDMS柱状胶束刷(图1A)。相比于直接将柱状胶束滴涂在乐虎国际app下载表面,活性生长的胶束刷在表面上排列更加致密,而且能够舒展地延伸到溶液中,形成类似于水草丛的阵列结构。通过调节初始种子的负载密度与后续PFS-b-PDMS的投量,还可以精准控制这些胶束刷的密度(图1B-D)和长度(图1F-H),从而精确调节乐虎国际app下载表面的亲疏水性(图1E和I)。
      PFS-b-PDMS胶束刷较为柔软,干燥后即刻坍塌,为解决这一问题,研究人员进一步制备了更加刚硬的PFS-b-P2VP胶束刷,该类胶束刷在干燥之后仍能维持较好的竖直结构。此外,尤为重要的是,P2VP壳层中的吡啶基团为后续功能化提供了一个良好的平台(图2A),例如可以通过质子化来实现超亲水性(图 2B),或通过配位作用吸附金纳米颗粒(图2C)。相比于聚合物刷,具有微纳米结构的胶束刷不但进一步提升了乐虎国际app下载表面功能层的表面积,而且极大地拓展了功能层向外延伸的空间维度,从而展现出更为优异的性能,例如,修饰有金纳米粒子的胶束刷表现出高效且持久的催化能力(图2E-G)。此外,具有还原活性的PFS核还能用于还原银离子,由此制备以PFS-b-P2VP胶束刷为模板的银纳米颗粒阵列(图2D),形成具有抑菌功效的杂化功能层。
        基于配位作用、共价键连接等不同的晶种锚定策略,胶束刷可以生长于众多宏观乐虎国际app下载表面。此外,这样的胶束刷构建策略同样适用于超薄二维乐虎国际app下载,例如可在氧化石墨烯上生长胶束刷,从而形成毛皮状的超薄二维复合乐虎国际app下载,经层压并质子化处理后可以制得带有正电荷的纳米薄膜,这类薄膜对于油水乳液和纳米颗粒水溶液表现出极高的分离能力。这一工作提供了一种通用的、自下而上的构筑软物质纳米刷的表面功能化策略,有望在催化、抑菌、分离、能源、传感等诸多领域展现出更为广阔的应用潜力。


        邱惠斌,上海交通大学化学化工学院,教授、课题组长、博士生导师。2010年于上海交通大学获得应用化学博士学位,曾获得卢嘉锡优秀研究生奖、上海市优秀毕业生奖、上海市优秀博士学位论文并提名全国优秀博士学位论文。2011-2015年赴英国布里斯托大学从事博士后研究,获得欧盟玛丽居里国际人才引进计划资助。2015年8月回国独立开展研究工作,入选国家“千人计划”青年项目、上海高校青年东方学者,获得国家自然科学基金面上项目、联合基金项目、上海市曙光计划项目、上海市自然科学基金项目、上海市浦江人才计划项目等资助;在Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Soc. Rev. 等国际期刊上发表学术论文四十余篇,研究成果多次被Science、Nat. Chem.、J. Am. Chem. Soc.、C&E News等期刊媒体作为亮点进行评述。主要研究方向包括:新型聚合物的合成与多级次精准自组装、非平面共轭分子的合成与超分子化学、有机功能分子乐虎国际app下载、聚合物功能乐虎国际app下载等。


      

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