具有碱性核和酸性壳的纳米反应器

在自然界中,化学转化往往以串联反应的形式在限域的空间内完成,这种限域的空间可以是几个纳米的酶也可以是微米级的细胞。受自然界的启发,化学家尝试构建各种微/纳米反应器,以期能够实现高效和连续的化学转化。目前基于高分子、天然材料及多孔材料构建的纳米反应器已被报道,然而制备可实现串连反应的纳米反应器仍是一大挑战。

具有“蛋黄-蛋壳型”精细结构的纳米材料因其独特的空间结构成为一种理想的纳米反应器,但是目前其催化活性中心还不能可控的引入,限制了其作为纳米反应器的广泛应用。中国科学院大连化学物理研究所杨启华研究员的课题组发展了有机硅源辅助溶解无机氧化硅的制备“蛋黄-蛋壳型”纳米材料的新方法(Chem. Mater., 2011, 23, 3676), 向核-壳氧化硅的合成体系中添加有机硅源,可以在构建有机氧化硅外壳的同时诱发无机氧化硅的溶解,从而形成“蛋黄-蛋壳型”纳米材料。

最近,该课题组基于前期的研究进展,通过引入氧化硅牺牲层,实现了不同无机氧化硅层的选择性溶解(只溶解氧化硅牺牲层),得到具有蛋黄-蛋壳型结构的纳米材料。与其它制备方法相比,该方法可以在核或壳的形成过程中可控引入不同的功能基团,从而选择性的对材料的核或壳进行功能化。基于以上方法,该课题组成功制备了具有碱性核和酸性壳的“蛋黄-蛋壳型”纳米反应器,并且通过表征证实了酸、碱基团是分别分布在材料的壳和核上。该纳米反应器在Deacetalization–Henry串联反应中表现出高活性、高选择性和稳定性。很多具有后修饰潜能的功能基团(-NH2, -SH等)和纳米粒子(Pd, Pt等)可以被精确的引入到材料的核或壳中。可以预见,该方法可实现不同种类活性组分(比如聚合物、酶等)的精确定位,为制备多功能的纳米反应器提供了一个有效途径。该研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志上(DOI: 10.1002/anie.201204829),并被选为当期的Hot paper。