有机-无机杂化纳米材料在太阳能电池、催化、传感器、生物医学等领域中存在广泛应用，但精准合成单分散的超小有机-无机杂化纳米粒子一直面临着重大挑战。近日，复旦大学先进材料实验室赵东元院士和化学系李伟教授等人发展了通用的热动力学控制的单胶束基元模板新方法，可控地合成了一系列超小杂化纳米粒子。

首先，设计合成了聚苯乙烯-聚四乙烯基吡啶-聚环氧乙烷（PS-PVP-PEO）和聚苯乙烯-聚丙烯酸-聚环氧乙烷（PS-PAA-PEO）的三嵌段共聚物分子；然后在极性溶剂（如：醋酸）中缓慢加热至PS的玻璃化转变温度，促进难溶性PS嵌段在溶液中溶解，形成均匀的单胶束基元；再降低至室温，使PS嵌段交联固化，得到了高质量的PS-PVP-PEO或PS-PAA-PEO单胶束基元。通过热动力学控制合成的单胶束非常稳定，具有独特的“核-壳-冠”结构，可以在不同温度（25-110°C）、不同极性溶剂（H₂O、CH₃CH₂OH、THF、DMF等）中保持高的分散性和均匀性。以此单胶束基元为模板，功能前驱物的吸附、成核和生长将选择性地控制在PVP/ PAA中间层，同时PEO外层可以抑制超小杂化纳米粒子之间进一步交联组装成宏观块体材料。

正是由于同时具有优异的稳定性与独特的“核-壳-冠”结构，可以有效地避免了团聚和聚合组装，所制备的单胶束基元是精准合成超小杂化纳米颗粒的理想模板之一。由此方法合成的超小SiO₂基杂化纳米颗粒，尺寸均匀、分散性好，粒径（24-47 nm）和SiO₂壳层厚度（2.0-4.0 nm）可以精准调控。此外，该方法具有非常好的普适性，适用于制备多种单分散的、超小功能杂化纳米粒子：如胶束@聚合物、胶束@金属氧化物（ZnO、TiO₂、Fe₂O₃）、胶束@氢氧化物（Co(OH)₂）、胶束@贵金属（Ag）和胶束复合氧化物等杂化纳米粒子。最后证明了这类超小的SiO₂基杂化纳米颗粒作为仿生材料展现出优异的机械性能。

该工作以“General Synthesis of Ultrafine Monodispersed Hybrid Nanoparticles from Highly Stable Monomicelles”为题，在线发表于《先进材料》（Advanced Materials，2021, DOI: 10.1002/adma.202100820）上。课题组博士生赵再望为论文的第一作者。

该工作得到了复旦大学先进材料实验室、复旦大学化学系、聚合物分子工程国家重点实验室、上海市分子催化与功能材料重点实验室、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、上海市科学技术委员会项目等的支持。

1. 三嵌段聚合物PS-PVP-PEO单胶束的扫描（a）和透射电镜照片（b, c）。对单胶束进行PVP嵌段染色（d）和PEO嵌段染色（e）后的透射电镜图片（可以观察到PS-PVP-PEO的三层结构）及对应模型（f）。单胶束前后放置两年的光学照片和水合粒径对比图（g, h）。单胶束在8种不同溶剂中分散所对应的粒径分布图（i）。