on style="white-space: normal; margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; font-family: -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.544px; background-color: rgb(255, 255, 255); line-height: 2em; overflow-wrap: break-word !important;">納米合成與有機化學相似，因為提高合成能力是該領域的主要目標。其最終目標是創建復雜的零部件并最終將其組裝為功能納米器件。從宏觀的機器組裝過程可知，先決條件是對結構特征的強大控制，并將零件精確地組裝成一個整體。由于用手或工具直接操縱納米物體是不現實的，因此必須依靠其固有特性來遠程控制生長或組裝過程。因此，在特定位置任意地擴展或修飾納米結構（即區域選擇性）仍然是最大的挑戰。盡管做出了很大的努力，但實現區域選擇性的方法仍極為有限。納米粒子的二聚體是最簡單，最基礎的組裝結構，常常被作為納米組裝的模型進行研究。為此，傳統方法是合成用于定向組裝的不對稱納米粒子，或通過外部場或配體相互作用來引導組裝。此類合成的純度通常較低，這可能是由于不對稱納米顆粒的不均勻性，其表面配體的不均勻性或結構的對接精度不足所致。盡管付出了許多努力，但高純度（> 75％）的二聚體只能通過純化方法得到�？臻g位阻作為有機化學中強大的區域選擇性手段之一，卻尚未在納米尺度上得到應用。前人的探索主要通過納米粒子表面上配體的相互作用來調節其空間位阻效應。但由于配體的尺寸遠小于納米結構的尺寸，此類方法主要調節的是納米顆粒的表面性質而非空間特性。因此，在應用空間效應以減少副產物，控制構象并創建更復雜的納米結構方面仍有巨大潛力。南京工業大學陳虹宇報道了空心富勒烯納米碗的精確自組裝，一步即可達到93.6％純度的二聚體。此方法創造了一步合成最高純度二聚體樣品的新記錄。{attr}3228{/attr}的區域選擇性由空間位阻控制，即，納米碗中暴露的液體區域與半球殼的相對大小，從而可以容易地調節對接過程以控制組裝的化學計量。其中，納米碗均勻的形狀，精確控制的裸露液面大小，以及最重要的，液體融合時的誤差校正是導致高純度組裝的關鍵因素。該成果以題為“Precise Dimerization of Hollow Fullerene Compartments”發表在J. Am. Chem. Soc.上。
示意圖說明碗在組裝過程中的空間效應；和空間不允許和允許的組裝條件（a-e）二聚體中間體分別反應5、10、13、16和20 h的TEM圖像（f-m）二聚體的大面積視圖，其SEM圖像和直方圖（h-k）二聚體的HAADF圖像及其對應的EDX映射結果（l）C60碗（紅色）和二聚體（藍色）的DLS粒度分布測量（a,b,h）四聚體的大面積視圖的TEM圖像，其SEM圖像和直方圖（c,d,e）四聚體的HAADF圖像及其EDX映射結果（f）DLS測量C60納米碗（紅色）和四聚體（藍色）的粒度分布（g）四聚體反應3分鐘（藍色）和18小時（紅色）后的UV-Vis光譜（a-b）包含8-11個碗的多聚體的TEM圖像及其SEM圖像（c-f）TEM圖像顯示納米碗的開口尺寸從二聚體到多聚體逐漸減小（g-i）包含11個碗的典型多聚體的HAADF圖像及其EDX映射結果（a-d）散點圖顯示了4個不同樣品中每個納米碗的內徑與其開口尺寸的關系（e）7種不同樣品中用于二聚體，三聚體和四聚體的碗的平均內徑和開口尺寸總的來說，合成設計依賴于納米碗的Janus形狀來實現。通過碗口處暴露的液體區域來創造選擇性，并通過液滴的融合實現碗的對接，隨后利用逐漸延伸的碗殼進行多個碗的焊接，形成二聚體或多聚體�；旌细焕障┑氖褂迷谌诤虾秃附又g取得了平衡，因此可實現更持久的富勒烯沉積。富勒烯濃度被用于調節碗的開口尺寸（即，碗殼的覆蓋面積）。這些知識為構造復雜的中空納米結構，特別是控制區域選擇性提供了平臺：暴露的液域與半球形殼的相對大小被證明是決定空間效應的關鍵因素。CO2形二聚體，CH4形四聚體和近球形的多聚體是納米組裝中良好控制的空間效應的有力證明。雖然連接中空納米結構涉及獨特的挑戰，但它也帶來了有趣的機會。特別地，液體模板更有利于結構的對接和焊接，甚至允許對接后的糾錯。利用納米碗的Janus特性，空間效應導致膠體自組裝的破紀錄精度。實驗細節與提出的機制完全一致，數學模型則進一步支持了該機制。Precise Dimerization of Hollow Fullerene Compartments. J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c05190陳虹宇教授團隊專注于研究復合納米合成與機理及其應用：致力于拓展新方法，合成新型納米結構，研究其形成機理，發展非晶面控制的新型合成手段，使納米合成從傳統領域轉向多組分、復合結構、組裝結構、新型晶格、低對稱性及手性結構等新方向的合成。 團隊現有教授5名，副教授1名，講師1名，博士后3名，碩士及博士生共40余人。陳教授團隊近年在空心納米結構的合成上取得了一系列重要進展，提出了以操控納米液滴為中心的合成策略：納米陶藝。利用液滴可任意形變的特點實現對富勒烯空心結構形貌的精確控制，得到如納米碗、瓶、及葫蘆等空心結構；通過控制液滴之間的融合過程實現上述單個空心結構的逐步組裝及聯通，并可準確控制組裝過程中空心單元的數目。此體系拓展了傳統軟模版合成法的邊界，也為復雜空心納米系統的構建提供了必要的能力。相關工作以南洋理工大學博士韓飛為第一作者，陳虹宇教授為唯一通訊作者，相繼發表于領域內頂級期刊Nat. Commun. (2019, 10, 1548) 及J. Am. Chem. Soc.。
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