核壳结构还可以这么玩！

第一作者：袁丛辉

通讯作者：袁丛辉、 戴李宗

第一单位：厦门大学

研究亮点：

1. 实现了高精度地控制和预测壳层厚度，对不同组分、尺寸和形状的无机纳米粒子具有普适性。

2. 发现了双向核壳协同效应，壳层不仅起到保护作用。

在先进纳米复合材料领域，核壳结构越来越多地受到科研人员的青睐。这是因为核壳结构可以在纳米尺度上将不同的组分有效地结合在一起，依赖于核和壳的设计合成，从而实现多组分间的协同效应。因此，开发简便而通用的核壳结构合成方法，实现精确控制壳层厚度、均匀性以及功能性仍然具有重大挑战。

有鉴于此，厦门大学戴李宗和袁丛辉团队报道了一种编程精确控制核壳结构壳层厚度的策略，并实现了核-壳之间的双向协同效应。

图1. 核壳结构性能控制示意图

研究人员采用超分子合成方法，以儿茶酚单体（TBC）和硼酸单体（TBB）作为硼酸酯聚合物（BP）的合成原材料，缩聚反应后得到BP交联网络，包覆在核材料表面，形成核壳结构。BP作为壳层材料，一方面高亲和力的儿茶酚可与无机纳米晶表面结合；另一方面BP链之间相对较弱的B-N结合键，使聚合物自组装。通过具体的数据计算，可以得出BP厚度与单体浓度的关系，因此可以精准的控制以及预测壳厚度。

图2. BP壳厚度的控制和预测

研究发现，以ZnO和锐钛矿TiO₂纳米晶为内核， BP可以显著缩短半导体纳米晶ZnO和TiO₂的带隙。而半导体内核可以改变BP壳层的HOMO和LUMO能级，

结果表明，核壳结构材料的载流子浓度得到显著提高，空穴迁移率比纯BP提高近9个数量级，同时核壳材料的电导率为纳米晶体的30倍。这种相互影响的双协同效应将为设计开发功能化新材料提供诸多新思路。 

图3..核-壳的协同效应

图4.载流子的产生和电导率

图5.BP涂层方法的高适应性

总之，本文发现了核壳结构中存在双协同效应，为改进有机和无机半导体的光催化性能、光电性能、导电性能和传感性能，带来了新的借鉴。

文献链接：

Conghui Yuan, Lizong Dai et al. Predictable Particle Engineering: Programming the Energy Level, Carrier Generation, and Conductivity of Core–Shell Particles.J. Am. Chem. Soc., Article ASAP