亞納米尺度光熱轉(zhuǎn)換材料取得新進(jìn)展
亞納米尺度是由原子分子到傳統(tǒng)意義納米材料尺寸的過(guò)渡區(qū)域，與高分子單鏈和生物大分子（如DNA）的直徑尺寸相當(dāng)。由于材料特征尺寸接近原子分子尺度，分子間相互作用力可以主導(dǎo)其自組裝過(guò)程，多級(jí)相互作用的存在使得組裝體具有優(yōu)異的力學(xué)和可加工特性，可能成為打破有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料之間界限的切入點(diǎn)；此外，亞納米尺度材料表面原子比例接近100%，與外場(chǎng)的相互作用會(huì)極大的增強(qiáng)。因而可能導(dǎo)致優(yōu)異的光學(xué)、催化等性質(zhì)。近年來(lái)，王訓(xùn)教授課題組一直致力研究亞納米尺度下超細(xì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及組裝性質(zhì)，課題組在前期的工作中發(fā)現(xiàn)超細(xì)的無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)具有類高分子柔性特征，這些超細(xì)結(jié)構(gòu)在一定的條件下進(jìn)一步組裝得到豐富的超結(jié)構(gòu)組裝體(相關(guān)工作見(jiàn)J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6834; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11115; Nature Commun. 2015, 6, 8756; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8579)?；谶@些新現(xiàn)象，王訓(xùn)課題組提出了亞納米尺度材料的新概念（Chem. Sci. 2016, 7, 3978-3991）。
近日，王訓(xùn)教授課題組在近原子尺度亞納米材料的構(gòu)筑及其組裝方面取得新進(jìn)展， 他們制備得到了具有原子級(jí)厚度(0.5 nm)的鉬氧納米環(huán)。由于其單晶胞尺寸，所有原子均暴露在表面，使納米環(huán)與光的相互作用得到極大加強(qiáng)，在紫外光、可見(jiàn)光和紅外光區(qū)域內(nèi)均具有很強(qiáng)的吸收，并在可見(jiàn)光與紅外光區(qū)域顯示了優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能。相關(guān)成果以題目“Atomic-level molybdenum oxide nanorings with full-spectrum absorption and photoresponsive properties”發(fā)表在Nature Commun. 2017, 8, 1559上。第一作者為化學(xué)系2016屆博士畢業(yè)生楊勇和2017屆博士畢業(yè)生楊洋。
他們將納米環(huán)引入聚合物聚二甲基硅氧烷中制備得到納米環(huán)-PDMS復(fù)合材料，在一定的激光照射下（激光波長(zhǎng)808 nm，1.0 W/cm2），利用納米環(huán)的光熱效應(yīng)使得復(fù)合材料的最高穩(wěn)定溫度高達(dá)400 Co，表現(xiàn)出令人振奮的光熱性能。另外，將得到的納米環(huán)結(jié)構(gòu)引入到具有可逆酯交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的熱固性環(huán)氧樹(shù)脂中。在外部的可見(jiàn)光和紅外光照射下，基于納米環(huán)的光熱效應(yīng)，復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)一系列光控加工性能，包括重塑形和自愈等。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將納米環(huán)引入到含酯交換動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的液晶彈性體材料中，實(shí)現(xiàn)了三維可形變結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和可逆形變過(guò)程，該復(fù)合材料在人工肌肉、柔性機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。
在本課題研究中，危巖課題組提供了關(guān)于環(huán)氧樹(shù)脂和液晶彈性體復(fù)合材料的光響應(yīng)性質(zhì)方面的測(cè)試幫助，并得到中國(guó)科技大學(xué)宋禮教授在同步輻射光源的X射線近邊吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)測(cè)試方面的幫助及其他合作者的大力幫助和國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科技部等基金的資助。
論文全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-00850-8.pdf
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