Science：美呆了！纳米颗粒非密堆积自组装多孔超结构！

多孔材料在光电器件、生物传感、催化以及能源领域具有重要的应用前景。除了沸石、MOF、DNA晶格之外，胶体纳米颗粒自组装形成的多孔结构在诸多应用上也具有其独特的优势。

问题在于：纳米颗粒自组装成膜，常常会表现出密堆积结构，组装的多孔材料往往晶格不稳定。

       有鉴于此，Rafal Klajn课题组基于密堆积的二元自组装体系的牺牲模板法，得到了非密堆积自组装的纳米多孔材料。

图1. 非密堆积自组装的纳米多孔材料构筑示意图

研究人员选择了化学性质不同的两种纳米颗粒：Au和Fe₃O₄。在乙二醇和空气界面，混合纳米颗粒首先自组装形成单层和多层膜。他们利用Langmuir-Blodgett剥离技术，构造二元纳米颗粒超晶格，可以覆盖在任何表面。

图2. 非密堆积自组装的纳米多孔材料制造过程

然后，研究人员在70℃温和条件下对自组装膜进行加热处理，削弱表面保护剂的作用。表面保护剂从纳米颗粒表面迁移到碳载体上。最后，通过盐酸或氢氰酸对这种密堆积的超晶格进行刻蚀处理，选择性地刻蚀掉Fe₃O₄或Au。

由于载体的稳定作用，一种纳米颗粒被刻蚀掉之后，另一种纳米颗粒结构不会坍塌，但是会发生重排，从而形成5-25nm的多孔纳米材料。

图3. 非密堆积自组装的纳米多孔材料结构多样性

图4. 组装体系的拓展

   当然，这种策略还有一些不足之处，譬如：膜的厚度难以控制，膜的单晶晶畴尺寸受到限制，溶剂稳定性等等，这些都是亟待解决的重大挑战。

总之，这种非密堆积自组装的纳米多孔材料为拉曼光谱、生物传感、电子器件等等领域带来了新的可能！

图5. 孔雀石绿SERS应用举例

1.Thumu Udayabhaskararao, Rafal Klajn et al. Tunable porous nanoallotropes prepared by post-assembly etching of binary nanoparticle superlattices. Science 2017, 358, 514-518.

2. Nicholas A. Kotov. The art of empty space. Science 2017, 358, 448.