亞納米尺度光熱轉(zhuǎn)換材料取得新進展
亞納米尺度是由原子分子到傳統(tǒng)意義納米材料尺寸的過渡區(qū)域，與高分子單鏈和生物大分子（如DNA）的直徑尺寸相當。由于材料特征尺寸接近原子分子尺度，分子間相互作用力可以主導其自組裝過程，多級相互作用的存在使得組裝體具有優(yōu)異的力學和可加工特性，可能成為打破有機材料與無機材料之間界限的切入點；此外，亞納米尺度材料表面原子比例接近100%，與外場的相互作用會極大的增強。因而可能導致優(yōu)異的光學、催化等性質(zhì)。近年來，王訓教授課題組一直致力研究亞納米尺度下超細結構的構筑及組裝性質(zhì)，課題組在前期的工作中發(fā)現(xiàn)超細的無機納米結構具有類高分子柔性特征，這些超細結構在一定的條件下進一步組裝得到豐富的超結構組裝體(相關工作見J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6834; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11115; Nature Commun. 2015, 6, 8756; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8579)。基于這些新現(xiàn)象，王訓課題組提出了亞納米尺度材料的新概念（Chem. Sci. 2016, 7, 3978-3991）。
近日，王訓教授課題組在近原子尺度亞納米材料的構筑及其組裝方面取得新進展， 他們制備得到了具有原子級厚度(0.5 nm)的鉬氧納米環(huán)。由于其單晶胞尺寸，所有原子均暴露在表面，使納米環(huán)與光的相互作用得到極大加強，在紫外光、可見光和紅外光區(qū)域內(nèi)均具有很強的吸收，并在可見光與紅外光區(qū)域顯示了優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能。相關成果以題目“Atomic-level molybdenum oxide nanorings with full-spectrum absorption and photoresponsive properties”發(fā)表在Nature Commun. 2017, 8, 1559上。第一作者為化學系2016屆博士畢業(yè)生楊勇和2017屆博士畢業(yè)生楊洋。
他們將納米環(huán)引入聚合物聚二甲基硅氧烷中制備得到納米環(huán)-PDMS復合材料，在一定的激光照射下（激光波長808 nm，1.0 W/cm2），利用納米環(huán)的光熱效應使得復合材料的最高穩(wěn)定溫度高達400 Co，表現(xiàn)出令人振奮的光熱性能。另外，將得到的納米環(huán)結構引入到具有可逆酯交換動態(tài)共價鍵的熱固性環(huán)氧樹脂中。在外部的可見光和紅外光照射下，基于納米環(huán)的光熱效應，復合材料可實現(xiàn)一系列光控加工性能，包括重塑形和自愈等。在此基礎上，進一步將納米環(huán)引入到含酯交換動態(tài)共價鍵的液晶彈性體材料中，實現(xiàn)了三維可形變結構的設計和可逆形變過程，該復合材料在人工肌肉、柔性機器人等領域具有廣闊的應用潛力。
在本課題研究中，危巖課題組提供了關于環(huán)氧樹脂和液晶彈性體復合材料的光響應性質(zhì)方面的測試幫助，并得到中國科技大學宋禮教授在同步輻射光源的X射線近邊吸收精細結構測試方面的幫助及其他合作者的大力幫助和國家自然科學基金委、中國科技部等基金的資助。
論文全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-00850-8.pdf
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