實(shí)驗(yàn)室
組成單元旋轉(zhuǎn)扭曲的螺旋對(duì)稱性普遍存在于自然界的花朵中。雖然已經(jīng)有許多關(guān)于納微級(jí)別仿生花方面的研究報(bào)道，但是納米花的手性并沒有得到嚴(yán)格的定義。具有光學(xué)活性的無機(jī)材料根據(jù)電磁波與材料的相互作用機(jī)理的不同，可以分為基于散射的、折射的以及吸收的光學(xué)活性材料。手性無機(jī)納米材料表現(xiàn)出了特殊的電學(xué)、光學(xué)、催化等性質(zhì)，在非線性光學(xué)、不對(duì)稱催化以及手性拆分等領(lǐng)域有著更加廣泛的應(yīng)用前景。因而，設(shè)計(jì)合成具有光學(xué)活性的花狀手性無機(jī)納米材料不但具有重要的基礎(chǔ)理論意義，也具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
盡管人們已經(jīng)利用各種有機(jī)及無機(jī)材料，通過不同的合成手段制備了許多納米花材料(比如仿牡丹花、仿菊花、仿玫瑰、仿蒲公英，以及一些由納米棒、納米片、納米管作為花瓣組裝的花)。但是這些納米材料并未表現(xiàn)出手性結(jié)構(gòu)及由此產(chǎn)生的光學(xué)活性。經(jīng)過大量的前期工作，車順愛教授課題組設(shè)計(jì)出一種以十二烷基硫酸鈉等非手性陰離子表面活性劑(SDS)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，胺醇等具有氨基和羥基的手性小分子為手性誘導(dǎo)劑，二價(jià)銅鹽作為無機(jī)源，通過水熱法合成了具有多級(jí)手性的氧化銅納米花。其表現(xiàn)出一級(jí)螺旋排列的納米片和二級(jí)螺旋排列的亞納米花瓣并形成了納米花瓣，并且對(duì)在紫外可見范圍對(duì)圓偏振光(CPL)有極強(qiáng)的選擇性響應(yīng)。該工作突破了無機(jī)半導(dǎo)體的一維手性組裝，合成三維且多級(jí)手性無機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒，并且在不存在有機(jī)物的條件下，在非常寬的波長(zhǎng)范圍表現(xiàn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于貴金屬等離子體共振的光學(xué)活性。該設(shè)計(jì)的核心是銅離子與手性小分子形成螯合物的同時(shí)，又通過靜電相互作用與陰離子表面活性劑相互作用，使得小分子的手性通過銅鹽傳遞到表面活性劑組裝結(jié)構(gòu)，引起表面活性劑及銅鹽的組裝體發(fā)生手性錯(cuò)位，并進(jìn)一步誘導(dǎo)無機(jī)手性組裝體的形成。
該論文中掃描電鏡的拍攝得到了日本JEOL公司的朝比奈俊介的幫助。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2013CB934101)、國(guó)家自然科學(xué)基金(21201120)和贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)等的資助。
