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NIMS 马仁志&郑州大学刘小鹤团队: 二维材料一石二鸟设计新思路

RSC英国皇家化学会  · 公众号  ·  · 2023-11-20 10:50

正文


研究背景

由于其独特的各向异性结构以及出色的理化特性,二维材料在催化、光电、生物医药等领域得到了广泛的应用。层状稀土氢氧化物(LREHs)是一类新型二维层状材料,由带正电荷的稀土氢氧化物主体板层与层间阴离子交替堆积构成,具有与层状双氢氧化物(LDH)类似的层间离子可交换性以及可剥离性。

团队前期研究结果表明:通过自上而下的剥离法,可以将 LREHs 成功剥离为单分子层纳米片;同时研究发现剥离后的纳米片具有更强的荧光性能和更高的色纯度,进一步将其与半导体氧化物纳米片进行超晶格组装可制备颜色可控的高性能发光材料。尤其 Gd3+ 离子的半填充 4f 轨道使其非常适合用作磁共振成像(MRI)造影剂。

另一方面,作为典型的 MXene 材料,碳化钛(Ti3C2)具有优异的生物相容性、低毒性以及光热特性,使其在光热治疗领域显现出广阔的应用前景。然而,Ti3C在近红外波长区间的光热性能仍然有限,需要进一步改良提升。

因此,本工作选择将层状氢氧化钆(LGdH)纳米片与 Ti3C纳米片进行配对,显著增强其光热和 MRI 效果,为基于二维纳米材料设计用于光热治疗和 MRI 的先进生物医药材料提供了新的思路。

文章简介

近日,日本国立材料研究所(NIMS)马仁志与郑州大学刘小鹤国际合作团队通过将氢氧化钆纳米片(LGdH)和 Ti3C2 纳米片进行复合,制备了兼具优异光热特性和核磁成像(MRI)性能的氢氧化钆/碳化钛复合材料(LGdH/Ti3C2,GTC)。

该研究成果以”Rare-earth hydroxide/MXene hybrid: a promising agent for near-infrared photothermy and magnetic resonance imaging”(《一石二鸟!用于磁共振成像和光热治疗的稀土氢氧化物/碳化钛复合材料》)为题发表于英国皇家化学会旗舰期刊 Chemical Science 上。

该工作首先通过软化学方法制备了单分子层厚度的 LGdH 纳米片和 Ti3C2 纳米片,接着将两种带相反电荷的纳米片在分子尺度上进行逐层组装。研究发现该复合材料在近红外光区(808 nm)展现出显著的光吸收和光热特性增强效果,同时还显示出明显增强的体外和体内 T1 加权 MRI 性能。

图1. GTC 复合材料、Ti3C2 纳米片和 LGdH 纳米片的(a)红外热成像图和(b)升温曲线图。

图2. (a)GTC 复合材料和(b)Ti3C2 纳米片和 LGdH 纳米片的体外 T1 加权 MRI 照片。(c)注射 GTC(白色箭头)和生理盐水(灰色箭头)的裸鼠体内 T1 加权 MRI 照片。

论文信息

  • Rare-earth hydroxide/MXene hybrid: a promising agent for near-infrared photothermy and magnetic resonance imaging

    Mingjun Bai, Linawati Sutrisno, Junhong Duan, Hao Wan*, Gen Chen, Xiaohe Liu*(刘小鹤,郑州大学), and Renzhi Ma*(马仁志,日本国立材料研究所)

    Chem. Sci., 2023, 14, 10795-10799
    https://doi.org/10.1039/D3SC02604C

作者简介

柏明军 博士
重庆理工大学

本文第一作者,柏明军博士,2022 年毕业于中南大学和日本国立材料研究所,2023 年入职重庆理工大学,主要从事二维稀土材料的可控制备与光学特性研究,以第一作者在 Chemical Science、Nanoscale、Chemical Communications、Journal of Physical Chemistry Letters、Advanced Optical Materials 等领域内知名期刊发表多篇学术论文。






马仁志 主席研究员
日本国立材料研究所

本文通讯作者,马仁志教授,日本国立材料研究所(NIMS)研究员,纳米材料研究中心(MANA)功能纳米材料课题组组长,早稻田大学客座教授,主要从事一维/二维功能纳米材料及其能源催化应用相关研究,在国内外期刊知名发表论文 300 余篇。2021 年入选英国皇家化学会会士(FRSC),现为 NanoscaleNanoscale Advances 副主编。





万浩 博士
郑州大学

本文共同通讯作者,万浩博士,郑州大学中原关键金属实验室讲师、硕士生导师,主要从事矿物材料、电化学相关研究,以第一作者(含共同一作)/通讯作者在 Advanced Functional Materials、Chemical Science、ACS Energy Letters、Nano Letters、Nanoscale Horizons、Green Energy & Environment、Journal of Materials Chemistry A、Nanoscale ACS Sustainable Chemistry & Engineering 等领域内知名期刊发表学术论文 20 余篇。






刘小鹤 教授
郑州大学
本文共同通讯作者,刘小鹤教授,郑州大学中原关键金属实验室教授,主要从事矿物材料、二维功能材料相关研究。先后主持国家自然科学基金区域联合创新基金、国家自然科学基金面上项目、湖南省自然科学基金创新研究群体项目、中南大学“升华学者计划”等多项课题,在 Journal of the American Chemical Society、Chemical Science、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Angewandte Chemie International Edition、ACS Nano、ACS Energy Letters、Materials Horizons 等国际知名期刊发表 SCI 论文 140 余篇。

相关期刊


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rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*8.4
5-年影响因子*8.6
最高 JCR 分区*Q1化学-综合
CiteScore 分15.2
中位一审周期34 


Chemical Science是涵盖化学科学各领域的跨学科综合性期刊,也是英国皇家化学会的旗舰期刊。所发表的论文不仅要在相应的领域内具有重大意义,而且还应能引起化学科学其它领域的读者的广泛兴趣。所发表的论文应包含重大进展、概念上的创新与进步或者是对领域发展的真知灼见。发文范围包括但不限于有机化学、无机化学、物理化学、材料科学、纳米科学、催化、化学生物学、分析化学、超分子化学、理论化学、计算化学、绿色化学、能源与环境化学等。作为一本钻石开放获取的期刊,读者可以免费获取所发表论文的全文,同时从该刊的论文版面费由英国皇家化学会承担,论文作者无需付费。

Editor-in-Chief

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    🇬🇧 利物浦大学

Associate editors

  • Vincent Artero
    🇫🇷 格勒诺布尔阿尔卑斯大学/法国原子能和替代能源委员会

  • Luis M. Campos
    🇺🇸 哥伦比亚大学

  • Michelle Chang
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  • Lin Chen
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    🇬🇧 南安普敦大学

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  • Dmitri Talapin
    🇺🇸 芝加哥大学

  • Toshiharu Teranishi
    🇯🇵 京都大学

  • Andrei Yudin
    🇨🇦 多伦多大学

* 2022 Journal Citation Reports (Clarivate, 2023)

 CiteScore 2022 by Elsevier

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