有机-无机杂化纳米材料因其兼具不同组分在光、电、磁和催化等方面的独特性能，而在新材料、传感检测、催化、生物医药等领域备受青睐。其中，基于超分子大环功能化金纳米粒子的杂化纳米材料，既具备金纳米粒子较高的稳定性，简单多样的合成和修饰，精确可调的形貌和粒径以及灵敏可控的光学和热学性能等优良特性，同时又表现出大环分子特有的主客体识别性能，因此，在药物控释、传感检测和绿色催化等诸多领域具有广泛的应用前景。

近期，华人策略中心论坛、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威课题组以水溶性柱芳烃同时作为还原剂和稳定剂，首次利用反序Turkevich法制备中等粒径的球形金纳米粒子，并且将其用于超灵敏传感检测和高活性绿色催化。相关工作发表于Cell Press旗下材料科学旗舰期刊Matter上。

关于柱芳烃功能化金纳米粒子有机-无机杂化材料的构筑和应用的研究是该课题组的重要研究方向之一。自首次以水溶性柱[5]芳烃作为稳定剂制备超小粒径的金纳米粒子，用于对除草剂百草枯及其衍生物的高灵敏检测以来（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 1570），又将水溶性柱芳烃与棒状或球形金纳米粒子相结合构筑超分子纳米阀门（Chem. Sci., 2014, 5, 2804；Chem. Commun., 2016, 52, 13775），拓展了该杂化材料在光热治疗和药物控释方面的应用。

由于球形金纳米粒子的理化性能对其粒径具有很强的依赖性，而目前报道的大环分子功能化金纳米粒子的制备方法中，对于中等粒径的调控仍存在挑战。因此，该课题组基于金纳米粒子的成核和生长环节对环境pH的依赖性，首次用反序Turkevich法，即把氯金酸溶液加入到微沸的水溶性柱[5]芳烃溶液（CP5）中，基于CP5中羧酸根官能团的温和还原性和骨架结构的稳定性，原位一锅法制备出粒径介于强还原剂（如NaBH4）法和经典Turkevich法之间的杂化纳米材料。另一方面，由于水溶性柱[6]芳烃（CP6）与百草枯的主客体作用力比CP5强，所以该课题组同时用反序Turkevich法制备了CP6功能化的球形金纳米粒子（CP6-AuNPs，8.3 ± 0.9 nm）。由于该粒径的金纳米粒子的表面等离子共振信号对于其分散状态的变化十分灵敏，加之柱芳烃功能化后赋予的独特的主客体识别性能，因此，他们首次将吸光度强度比值法和面积积分比值法相结合实现对百草枯的超灵敏检测。相比于该团队发表于JACS的工作（0.2 ~ 3.2 μM），不仅降低了检测限，而且大大拓宽了定量检测的线性范围（0.02 ~ 15.0 μM）。此外，由于CP6的调控和稳定作用赋予金纳米粒子适中的粒径和良好的稳定性，因此，CP6-AuNPs对还原邻/间/对位硝基苯酚具有高效催化活性，并且在循环五次之后，催化活性亦没有明显的降低。

该工作不仅对基于超分子大环和金纳米粒子的有机-无机杂化纳米材料的精确调控和多元应用具有重要的指导意义，也为其他有机-无机杂化纳米材料的构筑和应用提供了全新视角和有效策略。该工作充分体现了国内外合作的研究优势。美国德州大学奥斯汀分校Yuebing Zheng教授课题组、美国加州大学洛杉矶分校Paul Weiss教授和吉林大学于吉红教授课题组对研究工作给予了大力支持。


文章信息：

Wang, X.; Liu, Z.-J.; Hill, E. H.; Zheng, Y.; Guo, G.; Wang, Y.; Weiss, P. S.; Yu, J.; Yang, Y.-W.*

Organic-Inorganic Hybrid Pillarene-Based Nanomaterial for Label-Free Detection and Catalysis. Matter 2019, DOI: 10.1016/j.matt.2019.03.005.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.03.005

杨英威课题组网页：https://ywyang.wixsite.com/jlugroup