第一作者：武振楠通讯作者：谢建平，徐弘毅通讯单位：新加坡国立大学，瑞典斯德哥尔摩大学 研究亮点：1. 发展了一种高效且简单（室温，5分钟内，产率接近100%）的方法制备高度单分散的Ag-S基微米盘状材料（厚度约为150纳米，尺寸约为5微米）。2.基于晶体结构，从原子层面揭示了该材料的组装/生长动力学过程：以[AgS4]四面体为最小结构单元，由配体之间的π-π相互作用、聚合链之间的Ag-Ag相互作用以及配体-抗衡离子之间的静电作用等，共同驱动多尺度组装（跨越原子、分子、纳米和微米尺度）形成Ag-S二维网络结构。3.该多级组装结构满足一维光子晶体的结构特点，并且在高度稀释的水溶液中稳定（溶剂水体积分数 >99.5%），故而表现出了“光子水”的特性。4. 研究发现，“光子水”的结构色和Ag-S微盘的厚度相关，通过调节Ag-S微盘的厚度可以实现“光子水”的结构色从蓝色、酒红色到黄色的调控。 研究背景材料的功能性通常源于其结构的有序性。获得具有高度精确性、高度有序性和高度复杂性的多级结构材料，同时开发其高新功能，一直是材料、化学、仿生等多学科领域的研究重点和热点。针对这一目标材料设计，具有原子级精度结构的超小尺寸材料（比如金属纳米团簇，金属硫族化合物，多金属氧簇和多核金属配合物等）被认为是理想的结构基元，跨越多尺度将其原子级精度结构特点和高新功能性质维持（或创造）被认为是一个有效的策略。 研究难点胶体组装/生长驱动力具有严格的尺度依赖性，调控多种组装/生长驱动力在跨尺度系统中的协同作用是实现多级结构构筑的关键和难点。此外，如何利用和开发具有原子级精确结构的超小尺寸材料的高新功能和实用性是当下领域内的研究重点和难点。 近日，新加坡国立大学谢建平教授团队与瑞典斯德哥尔摩大学徐弘毅博士合作以“Multi-Scale Assembly of [AgS4] Tetrahedrons into Hierarchical Ag-S Networks for Robust Photonic Water”为题，在国际权威期刊“Advanced Materials”上发表了Communication文章（Xie, J. P. et al.Adv. Mater. 2021, 2006459）。 该文章的主要创新点和科学意义是：利用配位化学、超分子化学和胶体化学等研究方法，基于具有原子级精确结构的一类超小尺寸结构基元（金属硫族化合物），实现了跨越原子、分子、纳米和微米等多个尺度的胶体连续自组装/生长，获得了具有高度结构精确性、高度结构有序性和高度结构复杂性的多层级材料，开发了该材料的一维光子晶体功能并揭示了其“光子水”特性 （图1）。
图4. Ag-S基多级组装结构的“光子水”性能的相关表征。 作者发现Ag-S微盘在柱状组装结构中是动态存在的，这一特点赋予了“光子水”较高的稳定性。通过调节体系中自由离子强度证实了：在较大表面电势范围（-10 to -100 mV）和溶液电导率区间（~0.02 to 38 mS cm-1），“光子水”的结构色都可以很好的保持（图5a-f）。最后，作者阐述了水在维持“光子水”结构色的重要地位：一方面作为介质构筑一维光子晶体，另一方面为体系提供自由体积，保障了柱状结构的有序性、流动性和稳定性（图5g-i）。
图5. Ag-S基多级组装结构的“光子水”性能的稳定性研究。 小结该工作强调了当涉及到原子级精确的超小粒子时，胶体多尺度组装技术可以作为一种有效手段，通过重建热力学和各种组装/生长驱动力之间的微妙平衡来实现高度的规则性、有序性和各向异性的多级结构；基于“光子水”性能的发现，该工作凸显了自下而上构建具有高度多级性、高度复杂性和高度精度性对获得高新功能材料的重要性；同时，该工作也为传统的光子晶体和胶体科学领域注入了新的活力。 参考文献：Zhennan Wu, et al. Multi-Scale Assembly of [AgS4] Tetrahedrons into Hierarchical Ag-S Networks for Robust Photonic Water. Adv. Mater. 2021, 2006459.DOI：10.1002/adma.202006459https://doi.org/10.1002/adma.202006459 作者简介武振楠，吉林大学电子科学与工程学院，准聘教授，博士生导师（2021年1月-至今）。2016年6月于吉林大学化学学院，超分子国家重点实验室获得博士学位（导师：张皓教授，2011年9月-2016年6月）；之后分别在阿卜杜拉国王科技大学，物理科学与工程系（KAUST，导师：Prof. Osman. M. Bakr，2016年7月-2018年4月）和新加坡国立大学，化学与生物分子工程系（NUS，导师：谢建平教授，2018年4月-2020年12月）做博士后研究。研究方向一直集中于“揭示超小尺寸金属纳米团簇的自组装规律及其发光增强机制”。主要研究创新成果包括：（1）揭示超小尺度纳米自组装规律：设计开发了普适性自组装体系和方法；可控获得了系列各向异性自组装结构；深入理解了多种组装驱动力的协同规律；（2）揭示金属纳米团簇发光增强机制：建立了自组装/聚集结构与发光性能的构效关系；研究了此类材料表面态发光的调控机制；发现了组装体反常缺陷态发光增强机制；发掘了其在光学显示和照明领域的应用潜力。截至目前，已获得授权中国发明专利5项，在国际学术期刊上发表论文40余篇，近五年论文被引1000余次，其中第一作者文章共13篇，包括《Natl. Sci. Rev.》（1篇），《J. Am. Chem. Soc.》（2篇），《Angew. Chem. Int. Ed.》（4篇），《Adv. Mater.》(1篇)，《ACS Nano》（1篇）等。 谢建平，新加坡国立大学（NUS）化学与生物分子工程系，院长讲席副教授。先后在清华大学获得本科和硕士学位，然后在NUS获新加坡国立大学与美国麻省理工学院（MIT）联合培养博士学位。2010年加入NUS后建立了研究团队，科学研究始终聚焦在金属纳米团簇领域。具体研究内容广泛涉及到金属纳米团簇的（1）精准合成、（2）可控自组装、（3）荧光性能优化与机理研究，及其在（4）生物诊断与治疗领域和（5）催化领域的基础与应用研究等。主要研究创新成果包括：（1）建立了制备具有原子级精度的金属纳米团簇普适性新方法。率先开发了包括“CO还原合成法”、“蛋白质辅助合成法”、“化学计量比合成法”等合成新策略；（2）引领通过质谱（ESI-MS）分析法揭示金属纳米团簇的胶体动力学生长和刻蚀过程。率先提出了金属纳米团簇的“全合成”概念，揭示了其在原子水平上的组分和结构演化过程；（3）开发了金属纳米团簇荧光性能提高的新策略。率先设计并制备了当下广泛接受的“聚集诱导发光型”的金属纳米团簇，并在分子水平上成功揭示了其发光本质，实现其荧光性能的优化与调控。并在近期成功把近红外二区金属团簇用于生物成像；（4）率先开展了基于金银纳米团簇的抗菌药物开发。成功开发了用于癌症放疗的金纳米团簇放射增敏剂；（5）充分发挥金属纳米团簇的原子级精度全结构的优势特点，开展了基于金属纳米团簇的催化剂设计与催化机理研究。揭示了纳米团簇催化剂的原子排列、表界面结构和催化效率以及催化选择性之间的本质规律。近十年来，围绕着金属纳米团簇研究方向，谢建平团队在国际期刊上发表论文近200篇；连续三年（2018，2019，2020年度）入选科睿唯安公布的“高被引科学家”名单（化学领域）；入选皇家化学会会士；应邀在材料、化学、化学工程等领域的国际会议上做学术报告50余次，并多次担任分会议主席。 徐弘毅，瑞典斯德哥尔摩大学材料与环境化学学院研究员。2013年12月获得澳大利亚昆士兰大学材料工程专业博士学位（导师：Prof. Jin Zou and Prof. Chennupati Jagadish），同时获得大学优秀博士毕业生奖以及学院2013年度最佳论文奖；2014年2月～2017年12月，在瑞典斯德哥尔摩大学材料与环境化学学院做博士后研究（导师：Prof. Xiaodong Zou），研究方向集中于电子晶体学方法的开发，及其在材料晶体结构解析中的应用。2018年1月起，成为学院最年轻的研究员，并任独立课题组长，带领团队开发连续倾转三维电子衍射技术，用于解析有机小分子和蛋白质晶体结构。目前共主持4项研究课题，主要研究创新成果包括：（1）连续倾转三维电子衍射技术(3D ED, MicroED)的开发，及其在材料科学与生命科学中的应用；（2）全球首次应用三维电子衍射技术解析未知蛋白质结构；（3）全球首次验证三维电子衍射技术在靶向制药上的应用。（4）开发数据收集以及分析软件，推广三维电子衍射技术的应用。这些技术与软件已经被全球10余个电子显微实验室所应用，效果良好。近五年来，徐弘毅及其团队在电子晶体学、结构化学和结构生物学领域的研究有很大突破，已经在国际学术期刊上发表相关论文26篇，被引1600余次，其中包括：《Science》（perspective, 1篇），《Nat. Commun.》（1篇），《Sci. Adv.》（1篇），《Commun. Biol.》（1篇），《J. Am. Chem. Soc.》(4篇)，《Angew. Chem. Int. Ed.》（1篇）。2016年起，在晶体学、冷冻电镜、化学、结构生物等领域的国际会议上受邀作邀请报告10余次，并多次组织、参与举办电子晶体学学习班。
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