现代工学院张伟华鲁振达课题组合作测定了单颗油相纳米颗粒的带电量

油相体系与水相体系是纳米材料合成领域的两大核心体系,长久以来人们相信合成并保存于油相的纳米颗粒不携带电荷,为此溶剂中颗粒-颗粒相互作用,颗粒-衬底相互作用完全由对应的范德华力来决定。这一假设也在实验上被传统的基于电泳光散射的Zeta电位测量所支持,构成了当前人们理解油相颗粒稳定性与组装行为的基础。然而Zeta电位测量方法多用于水相颗粒系统,并不适于油相颗粒带电量的精密测定。

为解决上述问题,南京大学现代工程与应用科学学院张伟华与鲁振达课题组合作使用扫描探针显微镜技术与荧光方法分别定量测量了包括单颗钙钛矿量子点,金属纳米颗粒,磁性纳米颗粒等在空气及溶液中的带电量,证实了油相纳米颗粒普遍携带净电荷,并在此基础上演示了电荷对静电组装行为的影响。

图一:油相合成的钙钛矿量子点在正负电荷区显示出不同的组装行为。

为测量单颗纳米颗粒在空气中的带电量,该工作对传统扫描静电力显微镜技术进行了拓展,通过测量针尖电压对颗粒-探针相互作用力的影响,建模得到单个颗粒的带电量。为测定液相中颗粒的带电量,该工作根据Gibbs-Boltzmann分布建立了颗粒在局域电场作用下的吸附模型,结合荧光显微镜技术定量得出了钙钛矿量子点在油相溶剂中的带电量。


图二:(a-b)利用扫描探针技术可定量测量在不同针尖电压下探针与单颗量子点之间的作用力,从而进一步得到单量子点所携带的电荷量。同时,利用开尔文探针技术可测出静电组装模板中电荷点附近的电势分布(c),并在此基础上计算出在溶液中电势的分布(d),最终获得单量子点在溶液中所受电场力的作用(e)。

在此基础上,该工作还定量测量了单颗钙钛矿量子点在局域静电场作用下的受力与在静电表面上的吸附行为,为提高颗粒的组装效率提供了定量基础。

南京大学现代工程与应用科学学院满再琴同学为该文第一作者,张伟华教授与鲁振达教授为论文通讯作者。该工作受到科技部纳米专项(2016YFA0201104),自然科学基金(22075128)的资助,以及南京大学生命分析化学国家重点实验室,江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室、智能光传感与调控教育部重点实验室。相关成果近期发表于J. Phys. Chem. Lett. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c03374

文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.0c03374