光响应杂化胶体的可重构自组装 | 18新利体育 张泽新教授团队JACS

近期，18新利体育 材料与化学化工学部张泽新教授团队制备了一种具有动态可重构自组装能力的光响应杂化胶体（图1）。该杂化胶体是以具有光催化活性的Fe₂O₃粒子为核，通过表面活性剂处理粒子表面改变聚硅氧烷油滴在其表面的润湿性，最终制得具有裸露Fe₂O₃末端的杂化胶体。该杂化胶体在紫外光的照射下，可以在H₂O₂溶液中产生相互吸引而发生自组装，通过改变紫外光强和施加外磁场，可以实现动态重构自组装结构，并且还能改变组装体的动力学行为。该工作以 “Reconfiguring Self-Assembly of Photoresponsive Hybrid Colloids” 为题发表在Journal of the American Chemical Society。文章第一作者为2019级硕士研究生硕士生康宁，张泽新教授和王华光助理研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和江苏省高校自然科学基金资助。

图1 光响应性杂化胶体的制备和表征

杂化胶体的自组装是由Fe₂O₃组分在紫外光照射下分解H₂O₂时产生的化学浓度梯度引起的。这种化学浓度梯度导致杂化胶体之间产生相互吸引力，从而诱导自组装，形成链状和花状自组装结构（图2a,b）。当降低紫外光强度时，链状结构会发生重构，转变为花状结构（图2c）。这是因为紫外光强的降低会削弱光催化反应强度，从而降低由此产生的浓度梯度，进而使杂化胶体粒子间的吸引力减弱。因此，链的末端杂化粒子在热扰动的作用下发生折叠，使其结构发生重构。此外，由于磁性组分Fe₂O₃的存在，通过施加外部磁场，可以进一步改变花状自组装结构，形成具有取向序的组装结构，并且这种转变具有可逆性，当撤去磁场后，有序结构又会转变为花状结构（图3a）。另外，在高堆积密度下，这种外部磁场诱导的取向有序化可以导致微晶的形成（图3b,c）。该研究结果为控制和重构胶体的自组装提供了一种新的策略，为在微纳尺度上制备环境适应性智能胶体材料提供了重要途径。