将自组装结构转化为功能材料

想象一下，如果一种材料将自身排列成适合其应用的形状，例如，一种最大化其自身表面积以提高效率的催化剂，或者一种形成附属物以抓住附近物体的微致动器。这是自组装的承诺：通过让物质自行塑造来制造复杂的功能材料。然而，并非所有自组装成有趣形式的物质在其最终形状中都具有有用的功能。自组织物质小组的研究人员最近发现，离子交换使他们能够将自组装过程与所得材料分开。他们的研究结果于 11 月 16 日发表在Advanced Materials上，并在Nature和Nature Reviews Materials 上重点介绍.

自组织物质小组研究的纳米复合材料具有美丽而复杂的形状，看起来非常引人注目(见图)。然而，博士 学生 Hans Hendrikse 和 Arno van der Weijden 想要的不仅仅是美丽的结构，而且还渴望利用纳米复合材料的功能。受到纳米复合材料的可成形性和结构布局的鼓舞，他们开始与阿姆斯特丹大学、ARNCL、莱顿大学和弗吉尼亚理工大学的研究人员一起研究这些选择。

研究团队开始使用由嵌入二氧化硅 (SiO 2 ) 基质中的碳酸钡 (BaCO 3 ) 纳米晶体组成的纳米复合材料，并将其转化为硫化镉 (CdS)。首先，他们建立了一条可重复地将纳米复合材料转化为这种最终材料的途径，同时研究了离子交换过程中纳米复合材料的特性。通过电子显微镜和 X 射线衍射分析，该团队了解到一些有趣的事情：BaCO 3纳米晶体的小尺寸使它们特别容易受到离子交换反应的影响，而周围的 SiO 2基质提供了机械稳定性以保持原始纳米复合材料的转换过程中的形状。Hans Hendrikse 说：“这几乎就像我们正在更换房屋的一些砖块，同时保持整体结构完好无损。”

基于这些见解，扩大材料的选择很简单，并且开发了新的路线来将纳米复合材料的成分改变为各种镉、铁、镍和锰盐。此外，原始纳米复合材料可以成型为多种预定形状。所有这些形状都可以转换为上述任何组合。因此，不仅可以转换纳米复合材料，还有多种材料和形状可供互换选择。

最后，该团队探索了这种新方法的潜在应用。例如，他们发现含镍纳米复合材料可用作干重整过程的催化剂，其在低温下的性能优于传统催化剂。此外，该团队合成了形状可控的磁铁矿 (Fe 3 O 4 ) 纳米复合材料，这些复合材料可以利用其磁性进行移动和重新定向。最后，他们利用离子交换反应之一期间引入的柔韧性以及二氧化硅基质的收缩特性，创建了电子束激活的微型致动器。简而言之，他们发现了保持形状的离子交换 反应开辟了通往具有各种新颖功能特性的自组装材料的新途径。

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