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赵东元院士/李晓民教授Nature Synthesis:纳米液滴次序融合策略-在纳米世界种一棵树
发布时间:2023-11-16       

       近日,复旦/内蒙古大学赵东元院士、李晓民教授联合内蒙古大学的马玉柱研究员、吉林大学吕中元教授等人提出了纳米液滴的次序融合策略,合成了一系列分支介孔纳米树。通过调控纳米液滴的融合次序和级数,能够实现对纳米树分支结构精确调控(从二聚体到多聚体)。相关研究成果以“纳米液滴顺序融合策略合成分支化二氧化硅纳米树(Synthesis of branched silica nanotrees using a nanodroplet sequential fusion strategy)”为题于2023年11月9日发表在《自然-合成》(Nature Synthesis)杂志上。本文第一作者为内蒙古大学的马玉柱研究员,赵东元院士/李晓民教授/吕中元教授为共同通讯作者。



图(a)具有N个节点的无序根树的Wedderburn-Etherington 数列生长模式。(b-h) 各种含有N个C原子的有根多烯树的类型,叶数为n的分支介孔多聚体异构体的结构模型、TEM和SEM图像,其中 n 与碳原子数量相等,具体为:(b)叶数量为1,(c)叶数量为2,(d)叶数量为3,(e)叶数量为4,(f)叶数量为5,(g)叶数量为6,(h)叶数量为7。叶数量为n的分支结构的异构体的数量和构型可以准确预测和呈现,并遵循Wedderburn–Etherington数模式。


      自然界中蕴含了许多数学奇迹,如向日葵种子、花瓣中的Fibonacci数、雪花中的Koch曲线以及分形树状网络中的Wedderburn–Etherington树模式。理解这些潜在的数学定律不仅对研究宏观物质排列的空间性和稳定性具有重要意义,而且对微观材料(如晶体)的组装也具有重要意义。特别是,自然宏观树状网络(例如,植物导管、血管系统、河流)中固有的分形分支模式已被广泛模仿并应用于许多人工系统。相比之下,以可控制和可预测的架构、模式(如Wedderburn–Etherington树模式)在微观或纳米尺度上生长分支树状网络仍然具有挑战性。

针对上述挑战,该团队提出了一种将各向异性介孔二氧化硅纳米颗粒组装成分支超结构的纳米液滴顺序融合策略,在配体的牵引相互作用使两个相邻的单体在纳米液滴的暴露侧逐渐融合和再生,实现了具有明确结构的分支介孔二氧化硅Wedderburn–Etherington纳米树的可控制备。结果表明,介孔二氧化硅纳米颗粒的组装是由配体接枝的钯纳米晶体粘合剂控制的。这种方法可以促进分支数从两个到几十个的新型复杂分支纳米结构的顺序设计。由 Wedderburn-Etherington 数模型得到的可预测的分支生长模式对粒子组装的复杂上层结构的结构优化具有重要的指导意义。该研究为分支超结构的预测和精准调控提供了全新研究思路。



       全文链接:https://www.nature.com/articles/s44160-023-00434-z




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