物理所2011年国家科学技术奖励北京推荐项目-哈尔滨工业大学.docVIP

自组装纳米结构的构建及功能化公示材料 项目名称: 自组装纳米结构的构建及功能化 完成单位: 国家纳米科学中心、哈尔滨工业大学、中国科学院过程工程研究所、中国科学院大学、安徽师范大学 推荐单位意见： 本项目围绕无机纳米材料自组装结构的构建及功能化开展系统研究，取得了一系列重要科学发现，概括为三个方面： （1）发展了形貌、尺寸及表面性质高度可控的纳米粒子合成方法学。通过分离无机纳米粒子成核和生长过程，解决了无机纳米粒子合成过程中成核速度快和难以控制导致的纳米粒子生长不均一的难题；通过系统研究半胱氨酸稳定剂的手性对碲化镉纳米粒子生长和光学性质的影响，提出手性双中心结构之间的能量差异是导致稳定剂手性影响纳米粒子生长和光学性质的关键因素，阐明了无机纳米粒子的手性起源及生长动力学。 （2）推动了纳米粒子组装方法学及组装理论的发展。在静态组装方面，提出了可适用于多种无机纳米材料在溶液中可控组装的自限制组装策略，揭示了超级纳米粒子的组装机理及形成机制；在动态组装方面，通过将贵金属纳米粒子与DNA复合，构建了具有可逆光学活性的动态自组装体系。 （3）建立了利用纳米二元组装体系实现光学性质调控的系列方法。通过荧光共振能量转移实现了对纳米粒子组装体光学性质的调控；发展了一种绿色、简易、可适用于多种空心微纳材料放量制备的新方法，揭示了该类材料作为光阳极材料的优异特性；在半导体纳米粒子和葡萄糖氧化酶二元组装体系中实现了对其荧光性质的调控，并成功用于血液中葡萄糖的检测。 本项目在纳米基元的可控制备、纳米体系组装机理研究及组装体的功能调控方面取得重要进展，8篇代表性论文共被SCI他引716次，20篇主要论文共被SCI他引1197次。相关研究成果在国际材料、化学及物理的重要刊物如Nature Nanotechnology、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials等发表SCI收录论文84篇，累计SCI他引超过3800次。 推荐该项目为国家自然科学奖 二 等奖。 推荐单位：中国科学院 项目简介： 本项目属于物理化学领域。 自组装技术的发展为科学家提供了一条切实可行的将组装基元直接集成为功能化纳米材料的途径，有重要的应用前景。《Science》在其创刊125年之际选取了25个具有普遍意义的世纪难题，其中唯一一个与化学直接相关的即为“我们能将化学自组装推进到多远？”。针对纳米尺度自组装领域中面临的关键科学问题和挑战，例如: 由于合成技术的不足，难以实现形貌、尺寸、表面性质高度可控的纳米基元的制备；由于对自组装机理认识的匮乏，难以实现大尺度、多级次及动态可控组装体的构筑；由于缺乏对能量转移和物质输运规律的掌握，难以实现纳米组装体系的性能调控等难点，本团队通过控制纳米粒子尺寸、形貌以及表面选择性修饰等多种方法，赋予了无机纳米粒子空间各向异性，系统建立了可控构建纳米组装基元的设计原则和制备方法；通过调控粒子间的相互作用，实现了纳米粒子自组装有序超结构的可控构筑，提出了可适用于多种无机纳米粒子的自限制组装策略，为纳米粒子的大范围、多级次有序构建及应用奠定了基础，推动了纳米粒子组装方法学的发展；利用二元纳米组装体系实现了对其光学性质的调控，为发展基于纳米粒子的功能器件提出了新思路。主要科学发现如下： （1）发展了形貌、尺寸及表面性质高度可控的纳米粒子合成方法学。化学合成中由于成核速度过快，晶核的结构和形貌难以控制，从而导致随后生长得到的纳米粒子普遍呈现多分散性。针对这一挑战，唐智勇研究员及其合作者发展了一种分离纳米粒子成核和生长过程的新方法，实现了不同形貌、尺寸均一的金多面体的制备，并进一步利用这些金多面体作为基元，构筑了不同排列方式的自组装结构，相关研究结果发表在德国应用化学（Angewandte Chemie International Edition 2011, 50, 1593-1596）上。此外，针对纳米粒子表面手性结构调控这一科学难题，唐智勇研究员及其合作者系统研究了半胱氨酸稳定剂的手性对碲化镉纳米粒子生长动力学和光学性质的影响，提出了由半胱氨酸分子和碲化镉纳米粒子表面组成的手性双中心的拓扑结构模型。该模型的建立扩展了传统的晶体生长理论，有助于理解手性无机纳米粒子的起源，相关结果发表在美国化学会会志（Journal of the American Chemical Society 2010, 132, 6006-6013）上。 （2）提出了可适用于多种半导体纳米材料的自限制可控组装策略，揭示了超级纳米粒子的组装机理及形成机制。唐智勇研究员及其合作者提出可通过揭示无机纳米粒子的自限制组装机理来认识生物大分子自