Small:基于仿生自组装胶囊的纳米材料自我保护策略

封装保护是自然界中植物保护种子常用的方式,例如,石榴皮对石榴籽的保护。受此启发,一些环境敏感的材料常被置于胶囊里以保存其相应的性质,如药物胶囊。胶囊保护使用的外层材料一般不同于被保护的材料,这种依靠其他材料保护的方式通常意味着需要更长的制备过程和更高的成本。从材料学角度,自我保护是一种潜在的实现性能保持的简单方式。

四川大学化学学院何玲副教授课题组针对这一问题,以氯化银(AgCl)纳米颗粒为模型,对材料的自我保护策略进行了探讨:以氨基酸离子液体为模板剂,AgCl纳米颗粒能自组装形成外层材料为AgCl的胶囊结构。在长期光照下,胶囊表面的AgCl颗粒能保护内部的AgCl颗粒,使内部AgCl颗粒相应的性质得以保留,从而实现纳米颗粒的自我保护。

氯化银是一种对环境敏感的半导体材料,在光照条件下,表面的AgCl能被还原为银(Ag)纳米粒子,形成银@氯化银复合催化剂(Ag@AgCl)。得益于Ag纳米粒子的表面等离子体共振效应,Ag@AgCl可具有良好的光催化性能。然而,长时间光照会使其催化活性降低。该研究团结利用氨基酸离子液体为模板剂,一步制备了AgCl颗粒胶囊。胶囊经过半年的光照处理后,胶囊表面的AgCl颗粒会受到严重腐蚀,但是SEM、 PXRD、XPS等分析表明内部AgCl颗粒的形貌、结构、及化合价都没发生变化。进一步研究相应的光催化性能,发现胶囊内部的AgCl颗粒与新制备的AgCl颗粒对7种不同类型的有机染料分子有相同的催化降解活性,例如,甲基橙的降解率都约为97%。作为对比,未受保护的AgCl颗粒在光照处理半年后,其催化活性明显低于封装保护的AgCl颗粒,其中,甲基橙的降解率仅为36%。这表明AgCl颗粒胶囊外部的颗粒能在不利环境下保护内部粒子的催化性能,从而实现材料的自我保护。该研究为保护环境敏感型材料提供了一种新的思路。

该工作得到了国家自然科学基金和国家留学基金委的资助。相关研究成果以“Self-Assembled Biomimetic Capsules for Self‐Preservation”为题目发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202000930上。