多金属氧酸盐纳米复合材料合成新策略

非共价键包括范德华力、疏水作用力芳环堆积作用、氢键和静电相互作用等,这些作用力已经被用作聚合物/纳米粒子复杂结构装配的驱动力,又由于非共价的动态性,可以构建自愈材料和响应外界刺激的智能材料。 然而,基于非共价键作用去理性的设计和合成聚合物/纳米粒子纳米复合材料仍然是比较困难的工作。近日,华南理工大学华南软物质科学与技术高等研究院殷盼超教授团队以多金属氧酸盐(多酸)为模型探讨聚合物/多酸共组装体系中非共价键相互作用的影响。该团队报道了以聚4-乙烯基吡啶(P4VP)为模板材料和5种具有不同的拓扑结构的多酸依靠氢键作用形成壳核结构的复合物,研究了其合成策略、结构和形成机理。

1. 聚合物/多酸络合过程的图形表示

类似于Pickering emulsion的形成,这类核壳结构的材料的制备需要一定量的多酸来完全保护P4VP表面以获得高溶解度和稳定性,水溶性多酸可用于稳定水溶液中的P4VP以降低P4VP在水中的表面能,最终可形成热力学稳定的溶液。

2.  a)在多酸量不够情况下,多酸/P4VP复合溶液中形成的沉淀物的SEM图像(比例尺:μm;b)多酸/P4VP复合溶液中形成的纳米颗粒TEM图像(比例尺:200 nm);c)放大b中一个纳米颗粒的TEM图像(比例尺:20 nm);{Mo72Fe30}/P4VP复合纳米颗粒的d亮场TEM图像(比例尺:20 nm);eFe元素的绘图(比例尺:100 nmfMo元素的绘图(比例尺:100 nm)。

研究表明,氢键相互作用导致核-壳纳米粒子形成主要驱动力。纳米多酸团簇在水溶液中与P4VP聚合物紧密结合并稳定,形成核-壳结构。P4VP的核心通过氢键与多酸表面的羟基/水位点相互作用,推动了核壳纳米颗粒的形成,核壳的大小是由壳结构中多酸之间的静电斥力决定的。引入额外的盐会部分屏蔽这些带负电多酸簇之间排斥作用力,降低了纳米颗粒的曲率,进而导致颗粒尺寸增大。 

该成果已在《Materials Chemistry Frontiers》上发表。文章第一单位为华南理工大学,软物质科学与技术研究院殷盼超教授为文章通讯作者。 

J. Zhou, J. Hu, M. Li, H. Li, W. Wang, Y. Liu, R. E. Winans, T. Li, T. Liu, P. Yin, Mater. Chem. Front. 20182, 2070-2075.

文章链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/qm/c8qm00291f#!divAbstract

殷盼超教授自独立建组以来,以通讯作者身份发表代表作包括2J. Am. Chem. Soc. Link1Link21Nano Lett. (Link)1J. Phys. Chem. Lett. (Link)1Mater. Chem. Front. (Link)1Chem. Commun.  (Link)2Chem. Eur. J.  Link1Link21Inorg. Chem.  (Link)1Langmuir (Link)


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