Nature子刊：仿生组装中空多孔CdS纳米晶！

对于中空多孔纳米结构而言，一方面，具有亚纳米孔的纳米空腔在维持系统pH、压力和离子浓度的梯度方面意义重大。另一方面，分隔限域的纳米空间对于催化反应中的反应控制、选择性传质以及活性位的保护也颇具优势。

生物系统中存在许多纳米尺度的小舱，譬如脂质和蛋白质等生物分子自组装形成的衣壳、羧酶体、外来体、囊泡等等纳米空腔。相比之下，无机纳米材料较难通过这种球形组装实现中空纳米结构，这就限制了无机纳米材料优异的光、电、催化等性质的进一步发挥。

 

有鉴于此，Yang等人发现，表面裸露的不含保护剂的聚分散的CdS纳米颗粒可以组装得到中空多孔结构的纳米壳结构。

 

 

 

图1. 中空多孔CdS纳米壳

研究人员将2.5 mL 硫代乙酰胺加入45 mL去离子水，然后利用10 mM NaOH控制pH。随后，加入1 mL 10 mM Cd(ClO₄)₂，引发CdS纳米颗粒的组装成中空多孔的空心结构。

  

这种组装不完全遵守Derjaguin–Landau–Vervey–Overbeek理论。理论模拟表明，水溶性的CdS纳米颗粒和离子、溶剂之间的静电力、分散力以及其他作用力的相互抗衡，倾向于将纳米颗粒排列在组装系统的外围，相互关联形成自限制的球形壳层结构。

 

总之，这项研究工作为生物分子和无机纳米材料的自组装系统建立了桥梁，尤其为无机纳米颗粒的组装及其在自修复和生物矿化领域的应用提供了新的借鉴！

 

 

图2. 原子尺度精确模拟

 

 

 

图3. 宏观尺度模拟

 

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Ming Yang, Peijun Zhang, Petr Král, Nicholas A. Kotov et al. Self-assembly of nanoparticles into biomimetic capsid-like nanoshells. Nature Chemistry 2016.