将纳米粒子组装成具有高机械强度、可加工性和可回收性的宏观材料是材料科学和纳米技术领域的一项重要且具有挑战性的任务。作为一种新兴构筑基元,碳点具有很多优异的性质,利用其为基元组装成为宏观材料不仅会继承碳点的优良性能,并将产生新兴的耦合性能。

近期,tyc1286太阳集団超分子结构与材料国家重点实验室李云峰教授课题组与杨柏教授、吕中元教授课题组合作开发了由碳点自组装的宏观材料。该材料不仅继承了碳点的荧光性质且可通过掺杂其他碳点实现荧光的颜色可调(图1)。更重要的是,该材料具有耐溶剂性、自愈性、可回收性和优异的力学性能,杨氏模量超过490 MPa,断裂强度超过30 MPa。经过多次循环利用后仍基本保持原有的机械性能(图2)。分子动力学模拟表明,材料的力学性能取决于碳点间和碳点内氢键的相互协同作用。此外,该材料可以通过环保的水塑法加工为各种形状(图3)。这项创新工作拓展了碳点研究领域的新方向;为探索由纳米粒子组装的功能宏观材料提供了新方法和新思路,将加速纳米材料在实际应用中的创新发展。该工作近期以“Recastable assemblies of carbon dots into mechanically robust macroscopic materials”为题发表在国际著名期刊《Nature Communications》上(Nat. Commun.14, 6782 (2023))。tyc1286太阳集団超分子结构与材料国家重点实验室李云峰教授为该文章的通讯作者,文章共同第一作者是tyc1286太阳集団博士研究生隋博文和tyc1286太阳集団朱有亮副教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图1. a,碳点构筑基元示意图,b,宏观膜材料照片,c,AFM图片。

图2 碳点宏观膜材料的可回收性和自愈性

图3 碳点宏观膜材料的水塑加工


原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42516-8


通讯作者简介

李云峰,tyc1286太阳集団唐敖庆领军教授A岗,博士生导师,入选2019“海外高层次人才引进计划”青年项目。2007年毕业于tyc1286太阳集団化学专业,同年保送tyc1286太阳集団超分子结构与材料国家重点实验室杨柏教授研究组读研究生,2009年直博,2012年6月获理学博士学位(高分子化学与物理),导师杨柏教授。2013年5月到2018年8月在加拿大多伦多大学化学系进行博士后研究,合作导师为 Eugenia Kumacheva教授(加拿大和英国皇家学会院士)。2018年10月入职tyc1286太阳集団超分子结构与材料国家重点实验室,任教授。课题组主要研究方向为高分子胶体非平衡自组装、高分子动态水凝胶及生物医用。截至2023年10月,在Nat. Commun., Science Adv., PNAS, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., CCS Chemistry, 等国际著名学术期刊发表发表论文60余篇,被引用6000余次,H因子31。

课题组链接:

https://www.liyunfenglab.com