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鐘良樞研究員榮獲中科院上海分院“杰出青年科技創新人才”稱號
金納米顆粒融合生長的理論機制取得新進展
文章來源:    發布時間:2020-02-19

金屬納米顆粒在能量轉換、催化、生物成像和傳感器等領域具有廣泛的應用價值。金屬納米顆粒的融合生長普遍存在于納米顆粒的結晶和自組裝過程中,對于操控納米顆粒的結構具有獨特的優勢和應用潛質。近日,中國科學院上海高等研究院高嶷課題組在水溶液中金納米顆粒的融合生長機制的理論研究方面取得新進展,相關結果發表于《物理評論快報》(Physical Review Letter,2020,124,066101 

近年來,納米科學領域關注的焦點正在從尺寸和形狀均勻的單組分納米顆粒轉向具有增強性能和多功能性的多組分納米顆粒,合成反應的復雜性的增加迫切需要對納米顆粒的生長機制具有深入的研究。受限于目前實驗無法觀測到融合生長過程中納米顆粒間接觸界面的結構變化,包括表面原子、配體以及溶液,融合生長的內在物理機制仍有待被闡述。 

目前普遍認為水溶液中金屬納米顆粒表面配體垂直站立,阻止金屬內核接觸融合,所以只有顆粒間接觸面上的配體完全脫落之后融合生長才能發生。然而配體的脫落需要相對較高的溫度并且會引起金屬內核的嚴重變形,該觀點無法解釋實驗中常溫下巰基保護的金納米顆粒的自發融合生長。上海應用物理研究所的郭盼博士在高嶷研究員(上海高等研究院)指導下,運用分子動力學模擬研究,提出了水溶液中巰基羧酸修飾的金納米顆粒不需要配體脫落的融合生長機制。首先疏水相互作用促使配體包裹金納米顆粒,同時配體之間的疏水相互作用主導納米顆粒形成聚集狀態。然后沒有完全被配體覆蓋的表面金原子發生接觸,接觸界面的原子以局部重排的方式把帶配體的金原子排出到接觸面以外實現完全的融合生長。該機制為金屬納米顆粒的合理設計和可控合成奠定了基礎。 

該項研究工作得到了國家自然科學基金委、中國博士后科學基金、國家超級計算廣州中心、天津中心、上海超級計算中心的共同資助和支持。

水溶液中巰基羧酸修飾的金納米顆粒的融合生長機制示意圖 

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