具有特定形貌的各向异性金属纳米粒子的可控自组装

As a facile and efficient bottom-up approach towards nanoparticle assemblies with tunable properties and structures, the controllable self-assembly of nanoparticles has received significant attention. In particular, the self-assembly of anisotropic metal nanoparticles becomes one of the focuses of current research because of its great potential in constructing ordered assemblies with complex architectures and novel properties. This project is aimed to systematically investigate the behaviors of the photoswitchable assembly, lock-and-key assembly, and supercrystal formation of anisotropic metal nanparticles with rationally designed morphologies. First, the photoswitchable assembly of metal nanorods without surface chemical modifications will be explored through the introduction of photosensitive molecules as additives. Second, the lock-and-key assembly of metal nanoparticles with complementary concave and convex contours will be examined based on the controlled synthesis of metal nanoparticles exhibiting well-defined concave shapes. Third, the formation of unusual supercrystals assembled by metal nanoarrows will be investigated based on the controlled fabrication of unique double-arrow-shaped metal nanoparticles. It is expected that some general knowledge concerning the self-assembly of anisotropic metal nanoparticles can be acquired, and the novel properties and potential applications of the assembled structures can be partially revealed.

作为一种简便而高效的自下而上构筑具有可调结构和性质的纳米粒子组装体的策略，纳米粒子的可控自组装近年来引起人们极大的研究兴趣。其中各向异性金属纳米粒子的自组装由于在构筑具有新型复杂结构和独特性质的有序组装体方面的优势，而尤为受到关注。本项目拟在设计合成几类具有特定形貌的各向异性金属纳米粒子的基础上，着重研究其光控可逆组装、“锁-钥”组装以及超晶体构筑等组装行为。通过引入作为添加剂的光敏性分子，实现未经表面化学修饰的金属纳米棒的光控可逆组装；基于可控制备具有规整凹面形状的锁式金属纳米粒子，实现具有凹凸互补形状的金属纳米粒子的“锁-钥”组装；基于独特的箭头状金属纳米粒子的可控制备，实现具有新颖组装结构的纳米箭头超晶体的构筑。在此基础上，获得有关各向异性金属纳米粒子的自组装行为的一些规律性认识，并初步揭示各向异性金属纳米粒子组装体的独特性质和潜在应用。

作为一种简便而高效的自下而上构筑具有可调结构和性质的纳米粒子组装体的策略，纳米粒子的可控自组装近年来引起人们极大的研究兴趣。其中各向异性金属纳米粒子的自组装由于在构筑具有新型复杂结构和独特性质的有序组装体方面的优势，而尤为受到关注。本项目研究工作主要围绕具有特定形貌的各向异性金属纳米粒子的可控自组装展开，着重研究了金纳米箭头（GNA）的超晶体组装和溶液组装动力学以及金纳米棒（GNR）的光控可逆组装，并初步揭示了其组装体的独特性质和潜在应用。在以下四个方面取得重要研究进展：(1) 利用动力学控制生长与选择性表面包覆相结合的策略实现了具有独特凹形几何结构的金纳米箭头的可控合成，它能够通过疏松堆积或紧密互锁的方式组装为多种复杂新颖结构的二维和三维超晶体。这类等离激元超晶体具有结构依赖的电磁场增强性质和光学性质，并表现出显著的偏振依赖光学性质，在传感和超材料等领域有着潜在的应用价值。(2) 使用液相透射电子显微镜技术研究了液体池中带电金纳米箭头的原位自组装动力学，首次揭示了GNA组装过程存在“胶体-原子二元性”：当粒子间范德华吸引力仅稍强于静电排斥力时，GNA表现为胶体形式的组装，可得到拉链型结构及独特组装体；当静电屏蔽增强时，GNA发生较为快速的簇集，表现出与原子发生结晶类似的聚结生长行为。(3) 以金纳米棒为组装基元，利用一种偶氮苯类衍生物AzoNa的光致顺反异构特性，基于光致顺反异构引发的光诱导可逆吸附，在水溶液中实现了GNR的光控可逆组装。这种基于光诱导可逆吸附策略的金纳米棒光控可逆组装，为新型可变构等离激元材料的构筑开辟了一条新的途径。(4) 探究了几类多级有序纳米组装结构或阵列结构的可控制备及其在电化学能量转换领域的应用，例如，具有等离激元增强电催化性能的Au/PdAg纳米棒-纳米片杂化结构、具有高效全电解水性能的异质互掺(Ru-Co)Ox中空纳米片阵列、具有优异光电化学产氢性能的CdS纳米棒@SnO2纳米碗阵列等。