二维纳米材料研究内容简介以二维高分子刷作为

内容简介
以二维高分子刷作为界面纳米反应器，结合模板合成和光掩板图案化策略，发展出一种具有广泛适用性和可控性的二维纳米材料制备方法。拟通过光诱导的表面引发可控自由基聚合（SI-ATRP）制备图案形状和嵌段尺寸可调的嵌段共聚物高分子刷，并以此为界面纳米反应器，将无机前驱体装载入高分子刷的特定区域内，通过原位反应实现二维纳米材料的制备，以及对其形貌、组分、尺寸和表面化学性质的可控精确调节。此研究的顺利开展预期将为实现二维纳米材料的可控制备、扩展二维纳米材料的广泛应用提供重要的技术平台。
研究背景
基于“自上而下”和“自下而上”的策略，人们已经发展出包括剥离、气相沉积、湿化学法等方法用于制备各类超薄二维纳米材料。然而这些方法在通用性和可控性等方面仍然存在较多问题。考虑到不同本体材料组分和性质的多样性，以及二维纳米材料较大比表面的形貌特点，寻找一种高效、通用、易重复的二维纳米材料的制备方法依旧是当前研究领域内的一项重大挑战。
本文亮点
（1）通过光诱导SI-ATRP和光掩板图案化处理相结合的方法，获得一系列结构和尺寸可控的图案化高分子刷。这类图案化高分子刷可以在溶液中作为纳米反应器用于制备多种二维纳米材料。
（2）本研究不仅为在分子尺度上制备二维纳米材料这一重要而前沿的科学问题的解答提供了一种解决方案，而且为合成具有更加复杂结构、形貌和组分的异质结构低维纳米材料提供了可能。
（3）通过对嵌段共聚物各项分子参数以及光掩板结构参数的调节，制备出更加复杂的图案化多嵌段共聚物刷体系，并进一步扩展本项目设计的模板法合成的可应用范围。
图文导读
(1)分子参数高度可调的图案化PAA-b-PMMA双嵌段共聚物刷
本研究采用光诱导SI-ATRP反应和掩模板相结合的方法，通过对聚合条件（如光掩板透光率、投料比、光照强度、光照时间和催化剂浓度）调控，获得一系列分子参数可调的聚丙烯酸叔丁酯-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PtBA-b-PMMA)双嵌段共聚物刷，如图1所示。然后，利用水解反应将其转化为含有羧基官能团的PAA-b-PMMA双嵌段共聚物刷。另外，该团队还研究了聚合条件对嵌段共聚物的接枝密度、分子量和各嵌段体积分数的影响规律，总结了不同分子参数共聚物在空间结构上变化的内在机制。PAA层厚度受反应条件的影响最小可到20nm左右，最大可达120nm ，这里我们用来制备二维纳米材料的最合适厚度约为75nm ，如图2所示。

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图1不同形貌和尺寸的PtBA-b-PMMA高分子刷的光学显微镜图

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图2PAA高分子刷模板的原子力显微镜图
(2)二维纳米材料的制备及其生长特性和机制研究
在获得形貌和尺寸可调的嵌段高分子刷之后，将其浸入含有前驱体的DMF溶液中。由于极性接近，内层的PAA嵌段可以通过配位作用和静电作用与多种金属离子前驱体选择性络合，将前驱体化合物选择性装载至内层的PAA嵌段区域。同时，外层PMMA起到保护和隔断的作用，通过原位反应制备了表面接枝高分子链的二维纳米材料。由于纳米反应器的适用性比较广泛，该团队一共制备了八种金属和金属氧化物的二维纳米材料（金、银、铂、氧化锌、氧化钴、氧化铜、氧化镍、三氧化二铁），如图3和4所示。