最新Nature子刊：理论计算引导，纳米晶自组装策略！

第一作者：Yufei Wang

通讯作者：Gaurav Arya ，Andrea R. Tao

通讯单位：杜克大学，加州大学圣地亚哥分校

论文速览

棋盘格状晶格——具有高度对称性、开放性、多孔性的结构，但这种结构在自组装过程中难以形成。采用这种结构的合成系统通常依赖于仅可用于生物分子系统（例如蛋白质、DNA）的形状互补和位点特异性化学相互作用。

作者研究了通过非特异性相互作用自组装形成的纳米晶体棋盘格状图案。利用多种耦合物理力（界面、粒子间和分子间力）在不同长度尺度上的效果，实现了胶体银纳米立方体的自组装，而不依赖于化学键合。

通过分子动力学模拟与界面组装实验之间的反馈，作者实现了具有周期性棋盘格介观结构的组装，该结构代表了与实验中使用的聚合物接枝纳米晶体相关的相空间的一小部分。本工作不仅扩展了对非特异性纳米晶体相互作用的认识，而且提出了一种计算引导的自组装材料设计策略。

图文导读

图1：不同尺度的设计策略共同实现棋盘格介观的自组装。

图2：具有两种接枝的纳米晶体在界面上的预测组装行为。

图3：实验验证的Ag NC介观相图。

图4：棋盘格格状结构组装中的缺陷及其相应的优化。

总结展望

通过实验和模拟相结合的方法，作者研究了如何利用非特异性化学相互作用精确地组装具有特定连接的纳米晶体。实现的棋盘格状结构具有两个关键功能特性：(1) 具有特定形状的孔隙，可用于化学分离或捕获；(2) 四极等离子体共振的强耦合，产生独特的光学行为。

通过控制界面和粒子间以及分子间的相互作用，实现了低密度和中等密度NC介相的自组装。粗粒化模型作为探索相空间和识别关键实验参数的有效工具，展示了其在合成介观结构设计中的潜力。

该研究的双接枝策略简单而有效，为组织其他无机物质形成类似结构提供了一种通用的方法，这些结构在纳米制造、传感、催化和光伏等领域具有潜在的应用。

文献信息

标题：Self-assembly of nanocrystal checkerboard patterns via non-specific interactions

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-47572-2