复旦董安钢&李同涛团队JACS：区域选择性氢键超分子桥介导的纳米晶定向线性组装

将胶体纳米晶自组装成为具有特定排列和介观形貌的超结构对于开发新材料至关重要。纳米晶自组装过程通常遵循自由能最小化原理，从而倾向于形成二维/三维紧密堆积超结构。这使得纳米晶一维组装的实现具有挑战性。构筑线形超结构的主要难点为缺乏颗粒间指向性相互作用。虽然研究者们已经发展了一系列策略来推动纳米晶的线性组装，但大多数方法依赖于模板或外场的使用，这为材料的后续应用带来了限制，并增加了组装过程的复杂性。此外，基于大分子和DNA配体的线形组装策略在取向性控制、制备规模以及成本等方面仍存在不足。近日，复旦大学的董安钢/李同涛团队提出了一种无需模板的高效线形组装新策略，将一系列油酸封端的各向异性稀土纳米晶（如纳米棒、纳米盘和纳米哑铃）组装成具有高度晶面选择性的柔性链状超结构。

区别于接枝大分子或DNA配体的传统线形组装策略，该方法利用了低分子量的聚乙二醇（PEG）在油酸接枝的稀土纳米晶（100）晶面上的特异性吸附。这种选择性是基于油酸配体在稀土纳米晶不同晶面上的结合能差异来实现的。此外，对溶剂极性的调整促进了由分子间氢键连接的PEG超分子桥的区域选择性形成，从而最终实现线形组装。

图1. NaYF₄纳米晶线形组装过程的示意图。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

这种晶面选择性组装方法适用于多种各向异性稀土纳米晶，包括纳米棒、纳米盘和纳米哑铃，以及它们的两两组合。纳米盘链经常表现出分支结构，这是因为纳米盘的六边形边长更大，空间位阻更低（图2）。纳米哑铃的有效相互作用面积相对有限，但其仍然能够进行晶面选择性组装，证明了这种组装策略的有效性（图3）。此外，纳米哑铃的凹形特征令其每侧都具有两个定向结合位点。这诱导了更加复杂的定向有序超结构的形成，例如非密堆积的二维超结构。

图2. 纳米盘链的结构表征和示意图。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

图3. 纳米哑铃链的结构表征、示意图和生长动力学研究。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，文章的第一作者是复旦大学博士研究生万思妤。

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Oriented Linear Self-Assembly of Colloidal Nanocrystals through Regioselective Formation of Hydrogen-Bonded Supramolecular Bridges

Siyu Wan, Yutong Gao, Zhebin Zhang, Fangyue Wu, Ziyue Zheng, Hushui Chen, Xiangyun Xi, Dong Yang, Tongtao Li,* Zhihong Nie, Angang Dong*

J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c03457

研究团队简介

董安钢：复旦大学化学系研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。研究兴趣包括纳米晶体自组装化学、功能超晶体材料的理性设计与组装合成、超晶体及碳基衍生材料在储能、催化等领域中的应用。在Nature，Nature Commun.，Sci. Adv.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等发表通讯作者论文80余篇。

https://www.x-mol.com/university/faculty/9708 

李同涛：复旦大学化学系青年研究员，博士生导师。研究兴趣包括分子纳米组装技术的开发、新型复杂超晶格的可控制备及其在光电化学中的应用。以通讯作者或第一作者发表研究论文20余篇，包括Sci. Adv.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Matter，Adv. Energy. Mater.，Adv. Funct. Mater.，ACS Nano等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/354669