Janus纳米复合材料可控制备与性能研究

Nano-sized Janus composites have gained growing interests in materials. It is challenging to develop new methods to large scale facile synthesize the nanocomposites with precise control of composition and microstructure, and different compositions and functions precisely compartmentalized onto the same objects.The current project will develop general approaches to synthesize nano-sized Janus composites with desired shapes (disc, rod and particle). Some new functional super-structures will be assembled between the Janus nanocomposites and amphiphilic macromolecules. Physics and chemistry of the co-assembly help to further understand interaction/structure/performance themes. The Janus nanocomposites can serve as nano-robots to recognize and manipulate desired cells under external fields. The results will provide a new solution toward series new functional materials and devices.

纳米尺度的Janus复合材料因其特殊的结构和性能已成为材料科学研究热点，实现纳米尺度复合材料的组成和微结构精确控制、表面化学和功能严格分区实现Janus特性、可控批量化制备成为目前亟待解决的难题。针对不同形态纳米尺度Janus材料制备方面的研究热点和难点，在本课题组前期Janus材料的研究基础上，发展纳米尺度的Janus材料如Janus纳米盘、Janus纳米棒、Janus纳米粒子的微结构精细调控和批量化制备的普适性方法；实现Janus纳米材料组成、微结构、表面化学分区的精确调控和功能化；研究其组装行为；探索其与双亲性聚合物和生物体系的相互作用；拓展高度各向异性结构的Janus纳米复合材料在识别和操控生物体系方面的应用。为新型纳米功能材料制备和性质研究提供新思路。

本项目围绕形状各向异性的Janus纳米盘（片）、Janus纳米颗粒、Janus中空微球等典型Janus材料的组成/微结构调控、功能复合及界面调控应用开展了系统研究：1）发展了Janus材料分区方法学，实现不同组成/形貌的Janus材料合成；2）调控Janus材料分区功能复合及微结构，赋予Janus材料不同分区的浸润性和响应性转变特性；3） 研究了形状各向异性Janus材料聚集结构和取向外场操控；4）探索了磁性雪人结构Janus复合颗粒批量化制备及在油水界面操控、含油污水处理方面应用；5) 初步探索1-10 nm尺度的聚合物-胶体复合Janus纳米粒子制备方法。共发表标注基金号论文50篇，受邀在Adv. Mater.和Langmuir撰写论文综述Janus材料制备及界面操控成果。申请发明专利14项，授权发明专利4项。创立首家致力于Janus材料生产及应用开发的公司，拓展Janus材料含油污水处理技术应用范围，专利授权使用费合同额达500万人民币。项目执行期间培养博士研究生9人，项目成员获国家自然科学二等奖（第一完成人）；科技部中青年科技创新领军人才；中国化学会/赢创化学创新奖；中组部万人计划科技创新领军人才；中国颗粒学会/赢创颗粒学创新奖；国家自然科学基金委优青项目资助。