英文原题：Combining the Curvature and Ligand Effects for Regioselective Growth on Au Nano-bipyramids
通讯作者：冯宇华、陈虹宇
作者：Tingting Jiang (姜婷婷), Jianpeng Zong (宗建鹏), Yuhua Feng (冯宇华), Hongyu Chen (陈虹宇)
研究背景
科幻电影和小说中出现的纳米机器人总是具有精细的结构和强大的功能，引人遐想！通常，制造精巧的机器需要更加精细的零部件。纳米颗粒是构建纳米组装体的基本单元，合成复杂的纳米粒子零部件并将其组装为功能纳米器件是我们纳米研究的目标。其中，纳米颗粒的表面修饰是实现这一目标的基础，如何在纳米颗粒表面的特定位置做特定修饰来合成精细纳米结构，是我们需要解决的首要问题。
我们知道，各向异性纳米颗粒表面的曲率效应可以用来控制生长材料在在其表面特定位置的生长，在例如常见的立方体、纳米棒、三角板、双锥及多面体等纳米颗粒上都可以实现。关于配体控制，之前有工作表明：配体更容易和具有高曲率的尖端表面结合，然后随后的生长材料的沉积将发生在没有或者少量附着配体的位点，因此实现纳米颗粒表面特定位点的生长。但是也有工作表明：配体在具有高曲率尖端上的排列更稀疏，导致生长材料更容易在该处进行生长。由此便产生了两种矛盾的观点，而且这两种观点都有各自的实验数据支持，目前缺乏一种合理的理论来协调这种争议。
最近，冯宇华教授和陈虹宇教授课题组选择具有高曲率表面的金纳米双锥（AuNBPs）作为种子，以Au-AuNBPs同金属杂化纳米结构作为模型体系，实现了在金锥高曲率尖端和低曲率侧面的选择性生长，并通过调控种子表面强配体的覆盖率，揭示了种子表面曲率与强配体配位在控制生长位点方面的协同作用：当配体较少的时候，其不足以覆盖整个纳米颗粒表面，此时，由于AuNBPs的高曲率尖端具有相较于其他表面更高的表面能，所以配体会优先吸附在尖端，从而阻止生长材料在此处的成核生长，导致生长材料更容易选择没有配体覆盖的侧面沉积。当配体浓度越来越高，缔合解离平衡会促使AuNBPs的表面覆盖更多的配体。随着配体浓度的持续增加，达到配体浓度可以完全覆盖整个AuNBPs表面的时候，刻面上的配体已足够致密，很难成核。而此时由于曲率效应，AuNBPs尖端处的配体排列相较于其他表面更加稀疏，这便促使了生长材料在相对来说更加容易沉积的尖端处进行后续的成核生长。更重要的是，该研究通过连续调节强配体的浓度，实现了Au在AuNBPs上的高精度位点选择性生长，在合成控制多功能性复杂纳米结构方面具有重要的潜在应用价值。
成果简介
该研究工作成功实现了Au在AuNBPs表面多种不同位点/区域的高精度选择性生长，其中强配体浓度的准确调控起到了关键作用。另外，研究团队对所得到的结构进行了表面等离子体共振吸收的光谱表征，结果与根据结构纵横比（Aspect ratio）等特点的预测相一致。
当AMBI较少，不足以覆盖整个纳米颗粒的表面时，配体选择性的吸附在曲率较高的尖端，而生长材料则更易沉积在没有配体的地方，并表现出米形、保形生长和露出尖端三种不同的生长模式，强烈说明了配体和曲率效应之间的相互作用。
当AMBI配体浓度继续提高，达到覆盖全部AuNBP表面时，其界面能的变化导致生长模式由逐层生长转变为岛状生长。结合曲率效应，AuNBP尖端具有较低的配体密度，因此球形Au岛大部分长在尖端位置（90%）。
随着AMBI浓度进一步增加，溶液中的AMBI配体与Au（I）离子络合形成絮状物，因为该絮状物优先附着在AuNBP的尖端，导致球状Au岛的生长转移至第二高曲率部位-赤道角处。
总结与展望
综上所述，通过调控种子表面配体的覆盖率将种子表面的曲率效应与强配体界面能调控作用协同，实现了Au在AuNBPs种子表面的高精确度位点选择性生长。这种新的控制方法对准确控制复杂纳米结构具有重要的参考价值和指导意义，有助于控制合成新型的复合纳米结构并加深对纳米材料结构-性能关系的理解，推动其向实际应用的转化。
相关论文“Combining the Curvature and Ligand Effects for Regioselective Growth on Au Nano-bipyramids”，发表在以精准为导向的新期刊Precision Chemistry（ACS Partner Journal）上。南京工业大学博士研究生宗建鹏和硕士研究生姜婷婷为文章的共同第一作者，南京工业大学冯宇华教授和西湖大学陈虹宇教授为共同通讯作者。
文章链接：
https://doi.org/10.1021/prechem.2c00008
作者团队介绍
陈虹宇 教授
致力于推进纳米合成的控制力，发展新的合成方法（类似有机反应），发现其背后的机理，并应用这些工具拓展新颖的纳米结构，探索新型应用。其发展的合成方法包括:
1）通过固-固界面的构筑，连续调控核-壳、偏心、Janus等纳米结构；
2）纳米线的溶液操作方法，如盘旋成圈，扭转成麻花，编织成绳等；
3）手性纳米结构的构筑；
4）位点选择性的多步纳米合成；
5）新的操控手段，如通过宏观载体的拉伸，超声造成弯折，外磁场诱导变形等。
陈虹宇教授共发表论文140余篇，其中以通讯作者发表在高影响力杂志（IF>10）的文章有60余篇。主持国家自然科学基金面上和重大培育项目各1项、新加坡科研项目14项。其培养的博士、博士后中，有17人成为国内外的教授/副教授/助理教授。
课题组主页：
http://www.nanosynthesis.cn/
冯宇华 教授
主要研究方向为:
1）新型复合纳米结构的控制合成、结构调控与机理研究；
2）复合金属纳米结构表面增强拉曼光谱及等离子体共振研究与应用；
3）复合纳米结构催化研究。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
