顶刊动态 | AM/AFM/ACS Nano等纳米材料最新学术进展汇总【20160718期】

1、ACS Nano:溶液辅助合成表面增强拉曼散射效应的超强自支撑氧化石墨烯薄膜

图1. 从分散在甲醇溶液中的氧化性石墨烯中合成出还原性石墨烯的合成制备过程示意图

具有高机械强度的可弯曲的氧化石墨烯薄膜能提高石墨烯基集成电子元件在实际操作条件下的耐受性。由于优异的机械性能、生物相容性以及透光性，作为石墨烯类衍生材料，氧化石墨烯阵列目前得到广大研究者的关注。同时，氧化石墨烯可以通过一些化学还原反应生成为还原性石墨烯材料，从而可以制备出一些低成本的且具有高导电性和导热性的类石墨烯材料，从而使得可弯曲的多功能纳米材料的应用成为可能。

四川大学Rui Xiong（第一作者）和美国佐治亚理工学院的Vladimir V. Tsukruk
（通讯作者）报道了一种可以通过由石墨烯片非传统层与层自组装方法合成出超薄的还原石墨烯纳米薄膜，在合成过程中，使用有机溶剂替代水溶液可以提供较强的化学交换作用，这样确保了石墨烯薄膜层均匀生长，并且该方法不要求在组装中或者表面化学改性过程中使用聚合体。实验相关表征结果显示该方法制备得到的超薄石墨烯薄膜在550nm波长处具有93%的透光率和300S/m的电导性，同时也具有0.5GPa的机械强度和120GPa的杨氏模量。

文献链接：Ultrastrong Freestanding Graphene Oxide Nanomembranes with Surface-Enhanced Raman Scattering Functionality by Solvent- Assisted Single-Component Layer-by-Layer Assembly（ACS Nano， 2016， DOI: 10.1021/acsnano.6b02012）

2、ACS Nano：Au(111)晶面脱卤化均匀耦合反应——将乙炔式脚手架材料复合到纳米结构表面

图2. 样品400K热处理后C-C耦合二炔烃产物的扫面隧道显微图以及通过密度泛函理论模拟的结果分析

具有炔基功能基团的分子前驱物表面C-C反应对于低维碳纳米材料可控合成具有重要应用前景。但是需要高活性的sp杂化碳原子的引入。大量的知名化学反应，甚至未报道的反应都开始在不同的金属表面进行尝试。因此不同的碳或者富碳纳米结构被成功合成出来。对于预先设计好的C-X（X代表H或者卤素）官能团进行的C-C均匀耦合反应是目前认为最为有效可控合成各类碳材料的方法。脱卤化均匀耦合反应主要限制在芳基卤中的sp2杂化的C。最近通过脱卤化炔基的均匀耦合作用反应成功合成了表面纳米结构材料，然而在设定的温度条件下，不同副产物会不可避免得出现在在主产物中。

来自同济大学的袁春雪（通讯作者）和许维（通讯作者）等人通过精心设计端炔基溴分子前驱物，进行了表面脱卤化均匀耦合反应，成功在Au(111)表面实现了具有乙炔式脚手架类型的二聚体结构，一维分子线以及二维分子网络结构的合成。同时意外观察到C-Au-C有机金属中间体。该项研究进一步提供了表面脱卤化C-C耦合反应相关数据，也提供了新的将乙炔式脚手架材料复合进低维纳米材料表面的有效途径。

许维课题组主页：http://www.tongji.edu.cn/~xuwei/index.html

文献链接：Dehalogenative Homocoupling of Terminal Alkynyl Bromides on Au(111): Incorporation of Acetylenic Scaffolding into Surface Nanostructures（ACS nano ，2016， DOI: 10.1021/acsnano.6b03048）

3、Angewandte Chemie:通过超分子聚合法合成制备出具有手性选择性的纳米管状异质结

图3. 纳米管异质结的扫面电镜形貌图

近几年，超分子聚合法成为设计合成出能精确控制材料的维度结构的有力工具。例如Manners课题组在通过结晶驱动自组装而实现将块体聚合物材料设计成具有各种巧妙的纳米结构等前沿工作。然而对于高分子配合物来说，最近报道指出，有机小分子可以实现自组装过程。

日前，来自中国科学院化学研究所和中国科学院大学的车延科（通讯作者）等人报道了具有手性的种子可以高效的诱导椅型PDI分子在其相同螺旋形的末端发生聚合。更有趣的是具有手性的种子可以诱导相反的对映异构体而在其末端外延生长。此外，研究人员解释了在具有手性种子体上对于对映异构体的诱导作用并不是和具有手性的种子的长度之间存在依赖关系，而是和相反的对映异构体使的纳米管增加的内部长度之间存在联系。

文献链接：Fabrication of Chiral-Selective Nanotubular Heterojunctions through Living Supramolecular Polymerization（Angewandte Chemie， 2016， DOI: 10.1002/anie.201602819）

4、AFM : 肿瘤微环境适应型纳米颗粒共传递紫杉醇和siRNA抑制乳腺癌的生长和肺部转移

图4. 肿瘤微环境适应型纳米颗粒设计策略示意图

乳腺癌是女性健康的最大威胁之一，而转移过程中的癌变重现是导致女性死亡的主要原因之一。目前，化学治疗（chemotherapy）依然是临床上治疗转移乳腺癌（metastatic breast cancer）的最普遍方法。但是，化学疗法因其缺乏肿瘤细胞靶向能力会对人体产生巨大的副作用。如今，纳米技术的发展为治疗癌症提供了新的可能性，然而肿瘤细胞特殊的微环境（microenvironment）对纳米颗粒传递药物会产生各种各样的问题。延长循环时间，有效特异性的肿瘤细胞摄入以及胞内药物快速释放是战胜转移乳腺癌的三大关键因素。

针对以上目标，中科院上海药物所的Qi Yin（通讯作者）和李亚平（通讯作者）等人设计了一种肿瘤微环境适应型纳米颗粒。这种颗粒对药物紫杉醇（PTX）和具有扭曲靶向的siRNA进行共负载，并且实现了pH和基质金属蛋白酶（MMPs）双响应功能。通过针对4T1肿瘤细胞和小鼠实验，该种纳米颗粒能够显著抑制肿瘤的生长和转移，也证明了PEI-block-PDHA和PEG-block-PDHA两作为化学治疗药物的潜力。

文献链接：Tumor-Microenvironment-Adaptive Nanoparticles Codeliver Paclitaxel and siRNA to Inhibit Growth and Lung Metastasis of Breast Cancer（Advanced Functional Materials， 2016， DOI: 10.1002/adfm.201601703）

5、AM: 高效能红外响应的外延二维硫化铅纳米片阵列

图5 2D PdS纳米片阵列的生长机制及其在不同反应时间的扫描电镜表征

二维材料以其独特的表面物理、光学和电子性质已成为研究人员高度关注的领域。然而如何准确控制纳米材料的生长位点是极具挑战性同时又是非常必要的研究课题。细化到二维材料来说，对比层状材料，非层状材料诸如非层状半导体生长晶向与外延层状生长基底完全不同，导致了在二维非层状半导体阵列图案化的过程中产生复杂的二维材料生长动力学，最终难以控制材料生长。

国家纳米科学中心的何军（通讯作者）和江潮（通讯作者）以及电子滚球体育 大学的熊杰（通讯作者）等人报道了通过范德华外延生长技术来合成高效能超薄二维非层状PdS纳米片（nanoplate）。这些研究人员通过实验证明，以石墨（graphite）为基底得到的纳米片厚度范围可以控制在5-35纳米，而以云母（mica）为基底的合成则可以准确控制纳米片生长取向和位置。同时，他们还表示，这是首次发现可通过范德华外延生长法实现无机二维非层状半导体阵列的可控合成，并且这一器件在光响应（1621 A /W）、可探测率（1.72 × 10¹¹Jones）以及转换时间（0.3s）等性能上有着优异的表现。这些都说明以上研究发现是发展集成红外传感器的重要标志。

文献链接：Epitaxial 2D PbS Nanoplates Arrays with Highly Efficient Infrared Response（Advanced Materials， 2016， DOI: 10.1002/adma.201602481）

6、AM: 高度取向聚吡咯纳米管开发下一代气体传感器

图6 聚吡咯模板生长示意图

随着全球工业化进程的加速，对环境尤其是空气污染的监测是一项迫在眉睫的工作。传统商用气体传感器经过多年的快速发展如今已经非常普遍，然而它们依然不能满足低成本、低耗能、高灵敏度以及方便操作的要求。导电聚合物（CPs）通过发展其机械灵活性、室温操作以及大范围电导率变化被誉为是下一代传感材料。然而同样囿于上述商用要求，材料特性和传感器性能之间的复杂关系束缚着下一代导电聚合物基高性能传感器的实现。

中科院物理所和北京凝聚态物理国家实验室的Mianqi Xue（通讯作者）团队在早先研究的基础上，利用准一维导电聚合物内生的电学与光学性质的各向异性（anisotropy），以阳极氧化铝（AAO）为模板，利用其独特的模板形貌，在AAO内壁合成了单晶聚吡咯纳米管（SCPNT），为实现低成本和规模化生产提供了可能。研究人员将制备的SCPNT集成到化学阻抗（chemresistor）型气体传感器中，获得了优异的传感性能，其对氨气的检测下限可以达到0.05ppb，优于现今包括金属氧化物基传感器在内的商用传感器。与同样尺寸模板制备的聚吡咯纳米线相比，这种纳米管拥有更大的特异性表面积以及更薄的敏性材料层。这些都为SCPNT系统实现超快响应提供了前提条件。

文献链接：High-Oriented Polypyrrole Nanotubes for Next-Generation Gas Sensor（Advanced Materials，2016， DOI:10.1002/adma.201602302）

该文献汇总由材料人编辑部学术组chen shixiong和xukun供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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