唐智勇&鞏建曉Acc. Chem. Res.：納米超結構的調制及其光學性質

01【導讀】

自組裝能夠實現物體的自發排列，這對于納米材料在基礎和應用研究領域都特別重要。通過平衡納米尺度相互作用，已成功地以高度可控和高效的方式構建了多種類型的納米粒子超結構。

納米粒子在組裝的超結構內的均勻和可控的排列對于發展其恒定、可靠和均勻的功能至關重要。具體而言，長程有序超晶格不僅具有其構建單元的固有特性，更重要的是，它具有在單個納米粒子及其體相中都不存在的集合特性。納米材料最吸引人的方面之一是其獨特的光學特性，在多學科領域均具有巨大的應用潛力。利用貴金屬納米結構、半導體納米顆粒或混合納米材料等光學納米單元構建超結構對于獲得獨特的光學特性并探索其在光子學、光電子學、光學傳感、光催化等多個領域的實際應用至關重要。

02【成果掠影】

近日，國家納米科學中心唐智勇研究員和鞏建曉研究員等人發表了評述性論文，為制造超結構的自組裝策略提供指導，并討論超結構顯示的光學特性。在第一部分，作者對影響自組裝過程的關鍵因素進行了分類和討論，并確定了超結構的構型和整體質量。在第二部分，作者介紹了組裝超結構的集合光學性能的最新進展，包括（1）手性光學，如圓二色性和圓偏振發光，（2）等離子體特性和相關應用，以及 (3) 發光相關光學及其應用。最后，作者簡要總結了存在的問題和主要挑戰，并提出了該領域的一些未來方向。

相關研究文章以“Modulation of Nano-superstructures and Their Optical Properties”為題發表在Accounts of Chemical Research上。

03【核心創新點】

本文強調了在精確控制超結構及其光學性能方面的最新進展。

04【數據概覽】

圖一、大規模金納米晶體超晶格的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像? 2022 ACS

圖二、由金納米粒子和非均勻無機納米粒子組裝的超結構透射電子顯微鏡(TEM)和SEM圖像?2022 ACS

圖三、由納米粒子制成的手性超結構? 2022 ACS

圖四、通過改變溶液環境將Au₃簇自組裝成立方超結構? 2022 ACS

圖五、用于納米線自組裝的Langmuir-Schaefer方法? 2022 ACS

圖六、DNA堿基對之間的溫度依賴性可逆配對? 2022 ACS

圖七、手性聚合物反蛋白石光子晶體的手性特征? 2022 ACS

圖八、DNA輔助自組裝各向異性金納米棒的CD光譜? 2022 ACS

圖九、組裝的金納米立方體結構的光學性質? 2022 ACS

圖十、由NiMoO₄納米線制成的手性光子晶體的手性光學特性? 2022 ACS

圖十一、采用并排(SS)和端到端(EE)配置的金納米棒 (GNR) 組裝體? 2022 ACS

圖十二、由各向異性Au NCs組裝的超結構? 2022 ACS

圖十三、光學超結構在生物醫學方向的應用? 2022 ACS

05【成果啟示】

盡管納米自組裝的研究發展迅速，但仍存在一些重要挑戰：首先，發展具有高度結構可控性的超結構的組裝方法，對其組裝機理進行探索，對于發展先進的功能材料至關重要。盡管自組裝納米結構研究已取重要進展，但同滿足實際需求的精確結構調控和質量/產量等方面的高標準存在明顯差距，它們的實際應用仍然滯后。例如，在傳感和顯示等應用中，當前組裝系統的響應靈敏度不足，難以實現合理的光學性能和對外部刺激的敏捷響應。利用構建單元的本征特性開發新的組裝方法并引入額外的外部驅動力，例如瞬時場，是解決障礙的兩個方向。例如，結合刺激響應性納米材料，包括磁響應或電響應的納米粒子，是開發具有強大和即時可調光學性能超結構的有希望的方向。必須針對特定應用或功能，對自組裝的結構進行合理設計，以滿足實際需求，以期將當前的組裝研究提升到一個新的水平。將超結構的工程化設計與其光學性能相結合，是未來自組裝研究走向實際應用的發展方向。

原文詳情： Modulation of Nano-superstructures and Their Optical Properties. Acc. Chem. Res. (2022). https://doi.org/10.1021/acs.accounts.2c00202.

作者簡介

唐智勇研究員，博士生導師，國家納米科學中心副主任，基金委創新群體負責人，科技部納米重大研究計劃首席科學家。武漢大學獲學士、碩士學位，中國科學院長春應用化學研究所獲博士學位，瑞士蘇黎世聯邦高等工業學院、密歇根大學從事博士后工作，后任職于國家納米科學中心。主要研究無機納米材料的制備、組裝及其在能源和催化領域的應用。獲國家杰出青年科學基金資助、并先后入選新世紀百千萬人才工程國家級人選，中國科學院“杰出青年”、第二批國家“萬人計劃”科技創新領軍人才等，2018年獲國家自然科學獎二等獎（第一完成人）。課題組主頁：http://zytanglab.com/

鞏建曉研究員，博士生導師，南開大學獲得學士學位，國家納米科學中心獲得博士學位，后分別在馬里蘭大學帕克分校、伊利諾伊大學厄巴納香檳分校從事博士后工作，2020年入職國家納米科學中心，主要研究方向為復雜納米結構的精準構筑及在新型傳感技術中的應用。

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