《二氧化矽顆粒可逆的組裝與解組裝介導的光控開關催化》是依託中國科學院理化技術研究所，由張鐵銳擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：二氧化矽顆粒可逆的組裝與解組裝介導的光控開關催化
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：張鐵銳
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
可控自組裝及其功能化是現代自組裝研究領域中的挑戰性課題之一。本項目擬研究具有優異光控開關催化性能的可控自組裝體系。將光回響快、化學性質穩定、抗疲勞性好的有機光回響分子和有機催化劑以共價鍵方式牢固地負載到二氧化矽顆粒表面（組裝基元，直徑約5nm），利用光波對光回響分子結構的可逆調控，促使組裝基元間弱鍵相互作用強度等的變化以誘導二氧化矽顆粒的可逆聚集（組裝）和分散（解組裝），從而遮蔽和暴露催化劑的反應活性位，實現光控開關催化反應。預期此體系與其它光控開關催化體系相比具有更多優點，如更高的催化活性光控開關比和更長的光控開關催化循環壽命等；與傳統的通過離心和磁分離等手段實現有機反應中催化劑的回收再利用相比，本光控開關手段更加高效且成本更低。本項目的實施將會為新型功能導向的可控自組裝體系的開發提供創新的物質基礎與理論指導。
結題摘要
巨觀材料的納米化可以賦予材料新的尺寸特性，而將這些納米材料進行可控自組裝，可以在保持納米特性的前提下獲得新的多用途巨觀材料。本項目將金屬納米晶（Pt、Au）以及半導體氧化物（諸如CdSe，TiO2，碳量子點）通過化學組裝方法，引入SiO2等，製備獲得了囊泡、微球、三明治結構等多級組裝體，在光催化分解水產氫、生物成像、熱催化氧化等領域展現了優異性能。代表性工作：（1）設計合成了偶氮苯基光回響分子修飾的二氧化矽納米顆粒，在不同光照條件下利用偶氮苯基團的順反異構帶來的極性變化，驅動納米顆粒的組裝與解組裝。進一步在二氧化矽納米顆粒表面同時修飾小分子氨基催化劑，實現了Knoevenagel縮合反應的高效催化，同時利用光控可逆組裝實現了高開關比的催化反應及催化劑的可回收。上述光控開關體系也能夠套用於其他無機納米晶的可逆自組裝研究中。（2）發展了一種新的、普適的光碟機動無機納米晶組裝為囊泡的策略。囊泡的尺寸最小可低於50 nm，其膜層由單層或多層納米晶組成。在此方法中，我們直接利用簡單、商業化的硫醇分子的光氧化過程即可驅動納米晶的組裝。獲得的CdSe囊泡狀組裝體可用於可見光催化分解水產氫，由於囊泡的結構效應，組裝體的催化活性及催化穩定性均優於目前廣泛使用的單分散CdSe量子點。本工作為深入理解外力驅動無機納米晶組裝為功能納米結構提供了新思路。（3）發展了一種普適的加成-交聯方法，可將各種具有不同形狀、尺寸、組成以及表面配體修飾的油溶性納米晶轉溶入水相中。該方法利用原位交聯的方法，在納米晶表面組裝一單層聚合物，在不影響納米晶動力學直徑的前提下極大的提高了納米晶的穩定性。更重要的是，由於其表面豐富的可功能化基團，為得到的水溶性納米晶的進一步功能化提供了便利。（4）發展了一種石墨烯納米片/鉑納米顆粒複合催化劑封裝在介孔二氧化矽納米片中的新方法。該組裝催化劑在高溫條件下仍能保持高的催化活性和穩定性，並且在氣液反應體系中顯示了良好的循環性和重複利用性。此外，即使該催化劑被有機分子毒化，也可以通過簡單的熱處理完全恢復催化活性。該組裝方法還具有很好的通用性，鉑納米顆粒可以替換成諸如鈀、釕等其它金屬納米顆粒，用於製備石墨烯負載超細金屬催化劑。該無機納米顆粒的組裝策略，有望合成新型可控組裝體系，在催化、生物成像、藥物負載及釋放等領域均具有潛在套用。
