清华大学王训教授：亚纳米尺度光热转换材料取得新进展

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       亚纳米尺度是由原子分子到传统意义纳米材料尺寸的过渡区域，与高分子单链和生物大分子（如DNA）的直径尺寸相当。由于材料特征尺寸接近原子分子尺度，分子间相互作用力可以主导其自组装过程，多级相互作用的存在使得组装体具有优异的力学和可加工特性，可能成为打破有机材料与无机材料之间界限的切入点；此外，亚纳米尺度材料表面原子比例接近100%，与外场的相互作用会极大的增强。因而可能导致优异的光学、催化等性质。近年来，清华大学化学系王训教授课题组一直致力研究亚纳米尺度下超细结构的构筑及组装性质，课题组在前期的工作中发现超细的无机纳米结构具有类高分子柔性特征，这些超细结构在一定的条件下进一步组装得到丰富的超结构组装体(相关工作见J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6834; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11115; Nature Commun. 2015, 6, 8756; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8579)。基于这些新现象，王训课题组提出了亚纳米尺度材料的新概念（Chem. Sci. 2016, 7, 3978-3991）。

       近日，王训教授课题组在近原子尺度亚纳米材料的构筑及其组装方面取得新进展， 他们制备得到了具有原子级厚度(0.5 nm)的钼氧纳米环。由于其单晶胞尺寸，所有原子均暴露在表面，使纳米环与光的相互作用得到极大加强，在紫外光、可见光和红外光区域内均具有很强的吸收，并在可见光与红外光区域显示了优异的光热转换性能。相关成果以题目“Atomic-level molybdenum oxide nanorings with full-spectrum absorption and photoresponsive properties”发表在Nature Commun. 2017, 8, 1559上。第一作者为化学系2016届博士毕业生杨勇和2017届博士毕业生杨洋。

      他们将纳米环引入聚合物聚二甲基硅氧烷中制备得到纳米环-PDMS复合材料，在一定的激光照射下（激光波长808 nm，1.0 W/cm2），利用纳米环的光热效应使得复合材料的最高稳定温度高达400 Co，表现出令人振奋的光热性能。另外，将得到的纳米环结构引入到具有可逆酯交换动态共价键的热固性环氧树脂中。在外部的可见光和红外光照射下，基于纳米环的光热效应，复合材料可实现一系列光控加工性能，包括重塑形和自愈等。在此基础上，进一步将纳米环引入到含酯交换动态共价键的液晶弹性体材料中，实现了三维可形变结构的设计和可逆形变过程，该复合材料在人工肌肉、柔性机器人等领域具有广阔的应用潜力。

      在本课题研究中，危岩课题组提供了关于环氧树脂和液晶弹性体复合材料的光响应性质方面的测试帮助，并得到中国科技大学宋礼教授在同步辐射光源的X射线近边吸收精细结构测试方面的帮助及其他合作者的大力帮助和国家自然科学基金委、中国科技部等基金的资助。