楊英威課題組《Matter》：基于柱芳烴的有機(jī)-無機(jī)雜化材料的構(gòu)筑和應(yīng)用研究
有機(jī)-無機(jī)雜化納米材料因其兼具不同組分在光、電、磁和催化等方面的獨(dú)特性能，而在新材料、傳感檢測(cè)、催化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域備受青睞。其中，基于超分子大環(huán)功能化金納米粒子的雜化納米材料，既具備金納米粒子較高的穩(wěn)定性，簡單多樣的合成和修飾，精確可調(diào)的形貌和粒徑以及靈敏可控的光學(xué)和熱學(xué)性能等優(yōu)良特性，同時(shí)又表現(xiàn)出大環(huán)分子特有的主客體識(shí)別性能，因此，在藥物控釋、傳感檢測(cè)和綠色催化等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
近期，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、納微構(gòu)筑化學(xué)國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室楊英威課題組以水溶性柱芳烴同時(shí)作為還原劑和穩(wěn)定劑，首次利用反序Turkevich法制備中等粒徑的球形金納米粒子，并且將其用于超靈敏傳感檢測(cè)和高活性綠色催化。相關(guān)工作發(fā)表于Cell Press旗下材料科學(xué)旗艦期刊Matter上。
關(guān)于柱芳烴功能化金納米粒子有機(jī)-無機(jī)雜化材料的構(gòu)筑和應(yīng)用的研究是該課題組的重要研究方向之一。自首次以水溶性柱[5]芳烴作為穩(wěn)定劑制備超小粒徑的金納米粒子，用于對(duì)除草劑百草枯及其衍生物的高靈敏檢測(cè)以來（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 1570），又將水溶性柱芳烴與棒狀或球形金納米粒子相結(jié)合構(gòu)筑超分子納米閥門（Chem. Sci., 2014, 5, 2804；Chem. Commun., 2016, 52, 13775），拓展了該雜化材料在光熱治療和藥物控釋方面的應(yīng)用。
由于球形金納米粒子的理化性能對(duì)其粒徑具有很強(qiáng)的依賴性，而目前報(bào)道的大環(huán)分子功能化金納米粒子的制備方法中，對(duì)于中等粒徑的調(diào)控仍存在挑戰(zhàn)。因此，該課題組基于金納米粒子的成核和生長環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境pH的依賴性，首次用反序Turkevich法，即把氯金酸溶液加入到微沸的水溶性柱[5]芳烴溶液（CP5）中，基于CP5中羧酸根官能團(tuán)的溫和還原性和骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，原位一鍋法制備出粒徑介于強(qiáng)還原劑（如NaBH4）法和經(jīng)典Turkevich法之間的雜化納米材料。另一方面，由于水溶性柱[6]芳烴（CP6）與百草枯的主客體作用力比CP5強(qiáng)，所以該課題組同時(shí)用反序Turkevich法制備了CP6功能化的球形金納米粒子（CP6-AuNPs，8.3 ± 0.9 nm）。由于該粒徑的金納米粒子的表面等離子共振信號(hào)對(duì)于其分散狀態(tài)的變化十分靈敏，加之柱芳烴功能化后賦予的獨(dú)特的主客體識(shí)別性能，因此，他們首次將吸光度強(qiáng)度比值法和面積積分比值法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)百草枯的超靈敏檢測(cè)。相比于該團(tuán)隊(duì)發(fā)表于JACS的工作（0.2 ~ 3.2 μM），不僅降低了檢測(cè)限，而且大大拓寬了定量檢測(cè)的線性范圍（0.02 ~ 15.0 μM）。此外，由于CP6的調(diào)控和穩(wěn)定作用賦予金納米粒子適中的粒徑和良好的穩(wěn)定性，因此，CP6-AuNPs對(duì)還原鄰/間/對(duì)位硝基苯酚具有高效催化活性，并且在循環(huán)五次之后，催化活性亦沒有明顯的降低。
該工作不僅對(duì)基于超分子大環(huán)和金納米粒子的有機(jī)-無機(jī)雜化納米材料的精確調(diào)控和多元應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義，也為其他有機(jī)-無機(jī)雜化納米材料的構(gòu)筑和應(yīng)用提供了全新視角和有效策略。該工作充分體現(xiàn)了國內(nèi)外合作的研究優(yōu)勢(shì)。美國德州大學(xué)奧斯汀分校Yuebing Zheng教授課題組、美國加州大學(xué)洛杉磯分校Paul Weiss教授和吉林大學(xué)于吉紅教授課題組對(duì)研究工作給予了大力支持。
文章信息：
Wang, X.; Liu, Z.-J.; Hill, E. H.; Zheng, Y.; Guo, G.; Wang, Y.; Weiss, P. S.; Yu, J.; Yang, Y.-W.*
Organic-Inorganic Hybrid Pillarene-Based Nanomaterial for Label-Free Detection and Catalysis. Matter 2019, DOI: 10.1016/j.matt.2019.03.005.
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.03.005
楊英威課題組網(wǎng)頁：https://ywyang.wixsite.com/jlugroup
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