从平板双分子膜到双分子层厚聚合物纳米片

由于原子级厚度石墨烯独特的结构和性质,越来越多的人开始关注具有类似石墨烯结构的其他二维纳米材料。在过去的几年里,无机二维纳米片的合成,特别是本征态是层状结构的无机二维纳米材料的制备与性质已被广泛研究,比如MoS2、BN、NbSe、和Bi2Te3等。相比于组分及类型均有限的无机二维纳米材料,有机二维纳米片具有更宽泛的结构和化学性质的可调控性。然而,目前对于有机二维纳米片的设计和可控制备方面仍缺乏有效的策略,仍是具有的挑战性的工作。

最近,在大分子快报(Macromolecular Rapid Communications)中,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所靳健研究员及她的研究小组报道了一种简易的制备只有两个小双分子厚的聚合物纳米片。她们以平板性双分子膜为模板,通过原位空间限域聚合的方法,将平板性双分子膜聚合得到双分子层聚合物纳米片。平板型双分子膜衍生于磷脂双分子膜,是由两层双亲小分子单分子膜以头对头的方式排列形成的双分子膜,其具有典型的二维纳米片结构。在一定的溶液条件下,某些特定双亲小分子构成的平板性双分子膜可以与水形成特殊的彩色溶液。在该彩色溶液中平板性双分子膜与在水自组装成双分子膜/水/双分子膜的周期有序的三明治结构,其中双分子膜被水层等间距的分开(间距从几纳米到几百纳米可调),在Bragg衍射作用下该溶液呈现出颜色。在这样的体系中,平板性双分子膜被极大地现在在二维空间且双分子膜的流动性均比传统的平板性双分子膜的水溶液体系大大降低。因此,通过原位共价聚合平板型双分子膜即可得到具有双分子厚度(仅有4.2纳米)的大面积(超过100平方微米)的聚合物纳米片。由于双亲小分子的头基暴露在膜表面,增加了膜的活性位点以便后功能化制备功能性复合超薄膜。作为例子,在本研究中两种纳米粒子SnO2和Au被复合到聚合物膜表面,证明了其可行性。

该研究扩展了有机二维纳米片的制备途径,为有机二维纳米材料的基本物性和功能拓展奠定了基础。