纳米尺度上控制材料的组成、结构、形貌，进而实现材料性能强化、多元及智能是一项具有挑战性的工作。核壳结构作为材料异质化的有效手段，可将组成、性能及结构各异的内核与壳层协同组合。核与壳之间有效物质和能量相互作用，很大程度上依赖于对壳层组成、结构和厚度的精确调控。当前，核壳结构杂化纳米材料已经在光电、催化及传感器等领域显示出应用优势。简单、高效且适用范围广泛的纳米材料可控包覆途径一直是功能纳米材料领域的重要发展方向。

  近日厦门大学材料学院戴李宗教授课题组在无机与聚合物界面精确调控技术方面的研究取得重要进展。相关成果“Predictable Particle Engineering: Programming the Energy Level, Carrier Generation, and Conductivity of Core?Shell Particles”发表于Journal of the American Chemical Society (2018, 140, 7629?7636)。

  戴李宗教授课题组发展了邻苯二酚-无机表面高效结合与B-N配位协同驱动下硼酸酯聚合物对无机纳米材料的可控包覆新方法，实现了聚合物壳层对组成、尺寸、形状各异的纳米材料内核在1-50 nm范围内的精确可控和可预测包覆（见图1、2）。从实验和理论上揭示了无机半导体内核与硼酸酯壳层之间物质和能量交换对核壳结构杂化材料能级、载流子生成、传导性能的调控机制（见图3）。

图1.硼酸酯聚合物在无机纳米材料表面可控包覆过程及厚度调控/预测。

图2.硼酸酯聚合物在无机纳米材料表面包覆的广泛适应性。

图3. 金属氧化物半导体纳米晶体@硼酸酯聚合物核/壳协同增效示意图。

研究发现：

  （1）硼酸酯聚合物壳层的形成可有效降低金属氧化物半导体纳米晶体的禁带宽度；

  （2）半导体内核中过渡金属离子的外迁能够调控硼酸酯聚合物的HOMO/LUMO能级；

  （3）核/壳协同增效，赋予杂化纳米材料良好的载流子生成能力和载流子稳定性；

  （4）核壳结构杂化材料的空穴传导能力显著提升（μp 最高达2.04×10-2 cm2/ (V s)），相对于纯硼酸酯聚合物，空穴传输能力最高可提升9个数量级。

  该类型杂化纳米材料在光电转换、传感、催化等领域具有潜在应用价值。

  该研究工作依托福建省防火阻燃材料重点实验室、福建省固体表面涂层材料技术开发基地，由厦门大学材料学院与机电工程系合作完成。袁丛辉副教授（第一作者，共同通讯）、戴李宗教授为该研究论文的共同通讯作者。近年来该课题组在B-N配位、邻苯二酚-金属配位驱动分子自组装方面开展了系列工作（相关研究成果已在ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Sources、J. Mater. Chem. B、Soft Matter等期刊发表学术研究论文8篇），形成了特色研究方向，先后获得了3项国家自然科学基金面上项目和1项国家自然科学基金国际合作与交流项目资助。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b03010