Small:纳米自组装——高度有序介孔蜂窝状金纳米材料的制备

介孔纳米材料是指孔径介于2-50 nm的一类多孔纳米材料。其特殊的形貌使其具有很高的比表面积、丰富的孔道结构、连通的三维骨架结构等。这些结构特征使介孔纳米材料具有很多不同于其它结构的优异性质,如吸附能力强、反应活性位点多、良好电和热传导性能、特异的光学性能等。因此,介孔纳米材料在催化、气体存储、电池、生物医学、光学探测等诸多领域具有良好的应用前景。过去几十年,科研工作者合成了各种组分的介孔纳米材料,如二氧化硅、碳材料、二氧化钛和金属有机骨架。

介孔金属纳米材料具有特异性的光学性质和良好的电学性质。根据能量最低原理,在纳米尺度,金属原子会堆积成低指数面暴露的单颗实心粒子。制备介孔金属纳米材料是有一定挑战性的。最近,模板法和去合金化法这两种典型的手段已经被用于合成一些介孔金属纳米材料,但高度有序的介孔金属纳米材料的制备方法仍需探索。因为高度有序的结构会使材料的各种性质保持一致。因此,设计一种简单的、通用的方法来制备高度有序的介孔金属纳米材料仍是科研工作者一直探索的课题。

南方科技大学化学系权泽卫课题组将气-液界面自组装与热处理相结合,经过精确调控,合成出了一种新型金纳米材料:高度有序的介孔蜂窝状金纳米材料,并对其微观结构及局域表面等离子体共振性质进行了详细研究。制备过程包括两个阶段:一、首先,直径为5.0 nm的球形金纳米粒子的己烷溶液在二乙二醇液体基底液面上自组装形成二维超晶格;二、然后,将形成的二乙二醇支撑的金纳米粒子超晶格加热,以形成有序介孔蜂窝状金纳米材料。二乙二醇液体基底具有重要作用:提供非常平坦的组装界面从而形成长程有序的超晶格;提升金纳米粒子表面配体的流动性来促进内部金核的融结。合成的这种新型蜂窝状金纳米材料中,高度有序介孔的尺寸为3.5 nm,呈六方排列。另外,金纳米粒子之间形成的金属键很大程度上提高了蜂窝状金纳米材料结构的稳定性,使其可以应用于各种溶剂中,抑或转移到各种基底上。在光的激发下,介孔处电磁场震荡明显增强,形成“plasmonic hotspots”。因此,这种高度有序的介孔蜂窝状金纳米材料是一种结构稳定的、拥有高密度“plasmonic hotspots”的新型材料,其在纳米等离子体领域中有一定的应用潜力。

研究者相信,此项研究为其它组成的高度有序介孔金属纳米材料的制备开辟了新路径。相关论文发表在Small(10.1002/smll.201901304)。