浙江大学材料学院杨士宽研究员、动科院乐敏研究员、化学系Kenji Mochizuki研究员和香港城市大学王钻开教授合作，在电化学连续合成银纳米颗粒的同时，将双亲配体十二烷基硫酸根锚定在银纳米颗粒的表面，不需要任何额外化学修饰，即能使银纳米颗粒立即分散在极性（如水）和非极性溶剂（如环己烷）中，打破了传统纳米颗粒的分散极限。表面增强拉曼散射（SERS）原位监测和分子动力学模拟表明，十二烷基硫酸根配体能够自主调整取向，适应周围的液体化学特性，即在水中时，疏水的十二烷基贴附在银纳米颗粒表面，从而暴露亲水的硫酸根，形成双电层稳定分散在水中；在油中时，亲油的十二烷基硫酸根直立，利用位阻效应分散在油中。Ales Panacek等在Nature Nanotechnology (2018, 13, 65) 的论文中指出细菌能够分泌鞭毛蛋白使银纳米颗粒团聚，从而抑制银纳米颗粒的抗菌性能，如何制备能够抵抗鞭毛蛋白引起的团聚的银纳米颗粒在抗菌材料研发领域至关重要。本工作制备的银纳米颗粒能够稳定分散在含有鞭毛蛋白的溶液中，从而保持优异的杀菌性能，有望成为高效、长效银杀菌材料。此外，不同于常规电沉积沉积物附着于电极表面，本工作制备的银纳米颗粒能够在电极上形成，随后脱附到电解液中，实现了连续、宏量制备，能够满足实际应用需求。
总之，本工作采用可旋转配体打破了纳米颗粒的分散极限，获得了高性能、长效银纳米颗粒杀菌材料，开发了上述银纳米颗粒杀菌材料的连续、宏量电化学制备技术。上述内容以“Breaking the nanoparticle’s dispersible limit viarotatable surface ligands”为题发表在Nature Communications （2022，13,3581）杂志上。
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31275-7
博士生刘悦为论文第一作者，杨士宽、乐敏、Kenji Mochizuki为论文通讯作者，该工作还得到密西根大学王京博士后的帮助（已入选海外优青并入职上海交通大学机械与动力学院）。该工作是杨士宽课题组刘悦博士生2019年发表的题为“Electrodeposited surfaces with reversibly switching interfacialproperties”的Science Advances（2019, 5，eaax0380；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aax0380）工作的延续。
图1. a, 纳米颗粒在水和油中的分散机理；b, 纳米颗粒存在分散极限；c, 通过可旋转配体打破纳米颗粒分散极限；d，稳定分散银纳米颗粒杀菌原理。
图2. a, 电化学连续制备银纳米颗粒；b，银胶体溶液；c, 银纳米颗粒形貌；d, 沉积电压对尺寸影响；e, 电解液中十二烷基硫酸钠对银纳米颗粒产率影响；f，银纳米颗粒形成示意图；g, 银纳米颗粒从电极表面脱附力学分析；h, 银纳米颗粒粉末；i, 银纳米颗粒形成及书写成形；j, 不同衬底上书写的由银纳米颗粒组成的ZJU（浙江大学）字母；k，银纳米颗粒修复损坏电路。
图3. a, 电沉积智能银纳米颗粒分散在水、油和生物体液中；b, 水中湿化学合成的银纳米颗粒在油和生物体液中聚沉；c, 红外表征；d, 拉曼表征；e, 智能银纳米颗粒分散在水和油中时的配体状态；f, 表面增强拉曼散射（SERS）监控配体取向原理示意图；g, SERS揭示配体取向变化；h，分子动力学模拟模型；i，分子动力学模拟站立配体在水中平躺过程；j, 分子动力学模拟油中平躺配体站立过程。
图4. a, 电沉积智能银纳米颗粒在含有鞭毛蛋白的溶液中稳定分散，湿化学制备银纳米颗粒发生严重团聚；b，智能银纳米颗粒穿过细菌细胞膜进入细菌内部；c, 广谱杀菌性能；d, 杀菌动力学；e, 智能银纳米颗粒相较于湿化学制备银纳米颗粒杀菌性能提高几十倍以上；f, 油中银纳米颗粒快速扩散到木材内部；g, 水中银纳米颗粒停留在木材表面；h, 油中银纳米颗粒处理的木材展示优异抗菌效果。
文 / 刘悦，杨士宽
