趙宇亮

國家納米科學(xué)中心，北京 100190

混合配體在納米晶表面的分布及其運(yùn)動(dòng)模型。

納米顆粒的表面配體是決定納米體系性質(zhì)的重要組成部分，影響了納米體系的穩(wěn)定性1、生物相容性2、發(fā)光性質(zhì)3和溶液性質(zhì)等。例如在新型的發(fā)光材料—納米晶量子點(diǎn)中，配體對(duì)量子點(diǎn)的溶解度有著至關(guān)重要的影響4。近年，浙江大學(xué)彭笑剛教授提出的“熵配體”概念4a，可通過混合長短鏈配體將量子點(diǎn)在有機(jī)相的溶解度提升5–6個(gè)數(shù)量級(jí)。這些熵配體已被廣泛應(yīng)用在納米晶的合成和加工過程5。但其分子圖像—配體的排列方式，配體間相互作用的定量改變—尚未可知。

對(duì)表面配體的分析一直是納米材料表征的難點(diǎn)。這是因?yàn)檫@些配體分子處于無機(jī)-有機(jī)界面，存在原子重構(gòu)和無序排列；同時(shí)，這些有機(jī)分子的電子密度低，易受輻照損傷，難以通過電子顯微鏡觀測(cè)。尤其在熵配體納米晶體系中，兩種脂肪鏈配體結(jié)構(gòu)非常相似，僅僅是脂肪鏈的長短區(qū)別，學(xué)界尚未有對(duì)這類配體體系直接觀測(cè)的先例。針對(duì)以上問題，浙江大學(xué)孔學(xué)謙教授和彭笑剛教授研究團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展了新型的固體核磁共振方法，突破常規(guī)表征技術(shù)的限制，獲得了這些納米晶表面配體的精細(xì)分子圖像。

在此工作中，研究者通過特殊核磁脈沖序列測(cè)量13C的自旋耦合效應(yīng)，并且利用選擇性同位素標(biāo)記策略，能夠區(qū)分配體在納米尺度排布方式。研究發(fā)現(xiàn)，在球形納米晶表面，不同配體呈片狀團(tuán)簇排布，這可能與球形納米晶表面不同晶面的組合有關(guān)。在此靜態(tài)圖像的基礎(chǔ)上，研究者通過2H信號(hào)的四極核線型和1H-13C耦合的平均作用，深入分析了表面配體的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，從而能夠定量測(cè)得配體間相互作用能。研究發(fā)現(xiàn)，混合的熵配體運(yùn)動(dòng)自由度大大增加，其相互作用遠(yuǎn)弱于純配體的納米晶體系，而這也從根本上解釋了熵配體的功能機(jī)制—打破配體的堆疊，減小分子間相互作用。這些核磁測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)成功預(yù)測(cè)了熵配體納米晶的宏觀溶解度變化趨勢(shì)，從而在配體的分子圖像與宏觀溶液性質(zhì)之間建立了定量化的聯(lián)系。

該工作加深了人們對(duì)納米晶表面配體的理解和認(rèn)知，同時(shí)建立了一套刻畫納米體系表面結(jié)構(gòu)新方法，這種方法在方興未艾的納米科學(xué)研究中有廣泛應(yīng)用的潛力。該工作成果發(fā)表于近期Nature Communications6。工作受到了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃納米專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委、浙江省自然科學(xué)基金等資助項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。