多基元协同组装构筑类贝壳状超结构材料

2018年9月2日，浙江大学化学系王勇教授团队在利用多基元协同组装构筑超结构含碳材料方向取得了突破性进展，相关研究成果以“多基元协同组装制备不对称碳质类贝壳状超结构”（Cooperative Assembly of Asymmetric Carbonaceous Bivalve-Like Superstructures from Multiple Building Blocks）为题，发表在《Research》（Research.2018，DOI: 10.1155/2018/5807980）上。

研究背景：经过数十亿年的演化，自然界孕育出了各式各样不同形貌的超结构材料，例如各种贝类，蜂巢等等。这些材料虽然来源于简单的天然组分，但凭借其特殊的宏观形貌结构和有序的多尺度微纳结构，通常会展现出非同寻常的光、电、磁和力学等性能，因而一直以来都是科学家们进行研究和模仿的对象。特别是随着纳米技术的不断发展，研究人员发现具有相同形貌的微纳尺寸材料往往会表现出完全不同于宏观尺寸材料的性质，因此迫切希望能制备出具有类似自然结构的微纳尺寸材料。然而，由于缺乏从小分子出发进行连续组装来构筑此类超结构的认识及机理分析，在微纳尺寸范围内模仿制备这些具有特殊形貌的超结构材料仍然是一个重大挑战。

研究进展：针对这一问题，王勇教授团队提出了一种“多基元协同组装”策略，以单糖分子为原料，通过一步水热法成功制备出了类贝壳状超结构材料。研究表明，具有不同组装形式的基元可以可控地存在于这一体系当中，它们之间的协同组装最终成功构筑了类贝壳状超结构含碳材料。

通过引入结构导向剂嵌段共聚物F127和聚（4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸）钠盐（PSSMA）、以及酸，木糖在水热环境下会快速地生成实心颗粒和F127/H₂SO₄/xylose胶束。对比实验证明，实心颗粒在PSSMA辅助下会各向同性地组装成大的球状团簇；胶束则会各向异性地组装成具有有序孔道的六边形结构。进一步的研究表明，在实心颗粒进行组装的同时，胶束在其001面组装生长，进而形成这种具有不对称内外表面的双层六边形超结构材料（类贝壳状）。

类贝壳状超结构

未来展望：这种“多基元协调组装”策略对于制备更多具有不同组分、形貌和性质的超结构材料具有重要的科学意义，同时也可以进一步深化我们对于自然界中自组装过程的认识。