近日，我院程威副教授与解荣军教授在纳米材料合成方面取得重要进展，相关成果以“General synthesis of monodisperse metal oxide nanoparticle clusters”为题发表于《物质》（Matter, 2024, DOI: 10.1016/j.matt.2024.05.009）。
纳米颗粒团簇（NPCs）是大量初级纳米颗粒组成的次级结构超颗粒。它们既具有纳米颗粒固有的性质，也能展现出源于初级纳米颗粒之间相互作用产生的独特集体性质，甚至新的物理化学性质，这些特性使其在纳米科学领域倍受关注。实现纳米颗粒团簇的可控合成是纳米颗粒团簇性质研究和潜在应用开发的基础。目前纳米颗粒团簇的制备方法主要依赖于两步法即合成初级纳米颗粒，然后将纳米颗粒组装成团簇。这类方法存在制备过程冗杂以及可重复性较差等问题。如何通过简单的一步法合成尺寸、成分和结构可控的纳米颗粒团簇，是领域内急需解决的问题。
针对上述问题，程威副教授和解荣军教授提出了“小分子配体-聚合物共介导金属离子水解”的合成概念用于一步合成具有可调组成、尺寸和结构的单分散金属氧化物纳米颗粒团簇（MONPCs）。该合成策略通过使用柠檬酸根、氰酸根等小分子配体与金属离子配位形成金属-配体配合物，显著降低前驱体溶液中自由金属离子的浓度，大幅减缓水热处理条件下金属离子的水解速率，为所形成的初级金属氧化物纳米颗粒在聚合物诱导下自组装成球形团簇提供了足够时间。带负电荷的亲水型聚合物包覆在形成的初级纳米颗粒表面，使颗粒之间产生静电斥力，同时颗粒之间还存在范德华力，二者相互作用共同调控自组装过程，使得纳米颗粒聚集形成尺寸均一的单分散球形团簇。
这是一种通用的合成策略，采用该策略可以合成大量尺寸可调、（从几十纳米到几百纳米）、成分可控的纯相MONPCs，包括含有多达13种金属元素的尖晶石型高熵氧化物纳米颗粒团簇，以及各种异质核壳结构的MONPCs。得益于单分散的次级团簇结构和出色的化学组成可调性，所合成的金属氧化物纳米颗粒团簇展现出优异的紫外光探测和电催化性能。这种通用合成策略为设计合成满足不同领域应用需求的MONPCs提供了有效手段。
文章第一作者是材料学院博士生牛宇彤，厦门大学材料学院是论文的第一完成单位。研究工作得到了国家自然科学基金(U2005212)、厦门大学南强青年拔尖人才支持计划、福建省自然科学基金（2020J01037）、广东省自然科学基金（2021A1515010682）等的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.05.009
图1：金属氧化物纳米颗粒团簇
图2：尖晶石型多元金属氧化物纳米颗粒团簇
