• 搜索:  
    湘潭大學劉益江副教授《ACS Nano》綜述:基于非線性嵌段聚合物納米反應器的無機納米粒子的合成、性能及應用
    2020-09-29  來源:高分子科技

      近些年來,無機納米粒子的合成和組裝發展迅速。無機納米粒子的性能與粒子的尺寸和形貌密切相關,因此可控合成具有特定尺寸和形貌的無機納米粒子具有重要的意義。在各種無機納米粒子的合成方法中,非線性嵌段共聚物納米反應器脫穎而出,因其具有可精確調控無機納米粒子尺寸、組成、形貌和表面化學等優點,有效彌補了傳統制備方法中存在的局限性。


      湘潭大學化學學院劉益江副教授和美國佐治亞理工學院林志群教授基于其在非線性嵌段共聚物納米反應器原位制備無機納米顆粒的研究基礎,近期在ACS Nano上發表了題為“Polymer-Ligated Nanocrystals Enabled by Nonlinear Block Copolymer Nanoreactors: Synthesis, Properties, and Applications”的綜述文章。這篇綜述文章系統總結了基于星型和刷狀非線性嵌段共聚物納米反應器為模板原位制備零維無機納米顆粒(包括實心、中空和核-殼結構)和一維納米線/棒/管的系列工作,詳細介紹了影響納米粒子尺寸和形貌的因素、無機納米粒子的性能和應用。


    圖1:星型和刷狀非線性嵌段共聚物納米反應器制備零維和一維無機納米粒子。


      該文章首先介紹了通過可控活性自由基聚合制備星型和刷狀非線性嵌段共聚物。通過改變聚合時間、單體類型和聚合反應順序來有效調控非線性嵌段共聚物的分子量/分子量分布和組成。同時,活性聚合結合Click反應還可以制備一些可控活性自由基聚合無法得到的嵌段,比如具有導電性的嵌段PEDOT、P3HT,水溶性嵌段PEO等。


    圖2:ATRP聚合與Click反應結合制備星型三嵌段共聚物納米反應器β-CD-g-[PS-b-PAA-b-PEDOT]。


      其次,作者介紹了基于非線性嵌段共聚物納米反應器的無機納米顆粒的合成,重點介紹了非線性嵌段共聚物納米反應器的分子量、組成,前驅體與納米反應器的比例,反應溶劑等對無機納米顆粒尺寸、形貌、組成和表面化學等的影響。納米粒子的尺寸由納米反應器內的功能性嵌段的分子量決定,同時也與外面的保護性嵌段有關系。例如,非線性聚合物納米反應器β-CD-g-[PAA-b-PMAMC]的PMAMC嵌段的分子量大小也能直接影響Au納米粒子的形貌,PMAMC分子量太小只能得到不規則的Au納米粒子,PMAMC分子量太大會導致前驅體難以進入內部也不能得到規則的Au納米粒子。改變單體類型和聚合順序,可以改變嵌段聚合物的組成,從而可以制備核殼結構和中空無機納米粒子,如β-CD-g-[PS-b-PAA-b-PS]納米反應器用來制備中空納米粒子,β-CD-g-[P4VP-b-PAA-b-PS]可以制備核殼結構納米粒子,簡單改變前驅體成分可以調控納米粒子組成。


    圖3:基于不同分子量的非線性聚合物納米反應器β-CD-g-[PAA-b-PMAMC]所制備的Au納米粒子的形貌:PMAMC分子量為(a) 2700 g/mol,(b) 13800 g/mol,(c) 35100 g/mol;(d)PMAMC嵌段的分子量大小對原位制備的Au納米顆粒的影響示意圖。


    圖4:(a)(c)星型聚合物納米反應器β-CD-g-[PS-b-PAA-b-PS]的制備示意圖;(b)基于β-CD-g-[PS-b-PAA-b-PS]制備的中空Au納米顆粒的TEM照片;(d)基于β-CD-g-[PS-b-PAA-b-PS]制備的中空PbTe納米顆粒的TEM 照片。


    圖5:基于刷狀聚合物納米反應器cellulose-g-[PAA-b-PS]制備的一維無機納米線/棒的TEM 照片。


      隨后,該文章介紹了與無機納米粒子的尺寸、結構和表面化學緊密相關的性能,包括光學性能、順磁性、介電和鐵電性能等。例如,實心Au納米顆粒的表面等離子共振吸收峰會隨著Au納米粒子尺寸的增加而紅移和增強;與實心粒子相比,有同樣外徑大小的中空Au納米顆粒的特征吸收峰也會發紅移;順磁性Fe3O4 納米粒子的飽和磁場強度隨粒子尺寸增加而增加;具有介電性能的BaTiO3納米粒子的介電常數也隨著粒子尺寸的增加而增大。


    圖6:紫外可見吸收光譜:(a)不同尺寸大小的PS-ligated Au納米粒子;(b)實心和中空的PS-ligated Au納米粒子;(c)(d)核殼結構的Fe3O4/Au納米粒子;(e)(f)光響應的PMAMC-ligated Au納米粒子。


      接下來, 作者介紹了基于非線性聚合物納米反應器制備的無機納米粒子在太陽能電池、發光二極管、催化和納米載體上的應用。最后,作者指出了基于聚合物納米反應器可控制備無機納米粒子存在的問題和挑戰,為今后的研究指明了方向。


      全文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06936

    版權與免責聲明:中國聚合物網原創文章。刊物或媒體如需轉載,請聯系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
    (責任編輯:xu)
    】【打印】【關閉

    誠邀關注高分子科技

    更多>>最新資訊
    更多>>科教新聞
    在线aav片线 - 视频 - 在线观看 - 影视资讯 - 爱赏网