上海交大在合成光学活性无机材料方面取得突破

近日，上海交通大学化学化工学院、金属基复合材料国家重点实验室在合成光学活性无机材料方面取得突破，《Journal of the American Chemical Society》发表了车顺爱教授课题组的最新研究进展，题为“Optically Active Chiral CuO ‘Nanoflowers’”。

组成单元旋转扭曲的螺旋对称性普遍存在于自然界的花朵中。虽然已经有许多关于纳微级别仿生花方面的研究报道，但是纳米花的手性并没有得到严格的定义。具有光学活性的无机材料根据电磁波与材料的相互作用机理的不同，可以分为基于散射的、折射的以及吸收的光学活性材料。手性无机纳米材料表现出了特殊的电学、光学、催化等性质，在非线性光学、不对称催化以及手性拆分等领域有着更加广泛的应用前景。因而，设计合成具有光学活性的花状手性无机纳米材料不但具有重要的基础理论意义，也具有巨大的潜在应用价值。

尽管人们已经利用各种有机及无机材料，通过不同的合成手段制备了许多纳米花材料（比如仿牡丹花、仿菊花、仿玫瑰、仿蒲公英，以及一些由纳米棒、纳米片、纳米管作为花瓣组装的花）。但是这些纳米材料并未表现出手性结构及由此产生的光学活性。经过大量的前期工作，车顺爱教授课题组设计出一种以十二烷基硫酸钠等非手性阴离子表面活性剂（SDS）为结构导向剂，胺醇等具有氨基和羟基的手性小分子为手性诱导剂，二价铜盐作为无机源，通过水热法合成了具有多级手性的氧化铜纳米花。其表现出一级螺旋排列的纳米片和二级螺旋排列的亚纳米花瓣并形成了纳米花瓣，并且对在紫外可见范围对圆偏振光（CPL）有极强的选择性响应。该工作突破了无机半导体的一维手性组装，合成三维且多级手性无机半导体纳米颗粒，并且在不存在有机物的条件下，在非常宽的波长范围表现出远远强于贵金属等离子体共振的光学活性。该设计的核心是铜离子与手性小分子形成螯合物的同时，又通过静电相互作用与阴离子表面活性剂相互作用，使得小分子的手性通过铜盐传递到表面活性剂组装结构，引起表面活性剂及铜盐的组装体发生手性错位，并进一步诱导无机手性组装体的形成。

该论文中扫描电镜的拍摄得到了日本JEOL公司的朝比奈俊介的帮助。该研究得到了国家重点基础研究项目(2013CB934101)、国家自然科学基金（21201120）和赢创工业集团等的资助。