首页 > 行业资讯 > 加州大学圣克鲁兹分校陈少伟教授、南伊利诺伊大学葛庆峰教授《Adv. Mater.》：有机配体功能化稳定氢氧化亚铜纳米结构

加州大学圣克鲁兹分校陈少伟教授、南伊利诺伊大学葛庆峰教授《Adv. Mater.》：有机配体功能化稳定氢氧化亚铜纳米结构

时间：2022-12-14 来源：浏览：

加州大学圣克鲁兹分校陈少伟教授、南伊利诺伊大学葛庆峰教授《Adv. Mater.》：有机配体功能化稳定氢氧化亚铜纳米结构

化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#有机配体 2 个

#氢氧化亚铜 2 个

#金属氧化物纳米粒子 2 个

#CuOH纳米结构 2 个

点击蓝字关注我们

铜作为变价金属，其氧化物、硫族化物、卤化物以及复杂矿物盐已经被广泛的研究与报道。例如氧化亚铜（ Cu ₂ O ）已经在催化、光学半导体、电化学储能、传感等领域展现了一定的应用前景。然而，同为一价铜化合物，氢氧化亚铜（ CuOH ）极不稳定，使得其合成与应用的相关研究少之甚少。

近日， 加州大学圣克鲁兹分校陈少伟教授课题组 与 南伊利诺伊大学的葛庆峰教授课题组 合作在 Advanced Materials 上发表了题为“ Stable Cuprous Hydroxide Nanostructures by Organic Ligand Functionalization ”的论文。本论文基于课题组在碳碳三键配体修饰金属或金属氧化物纳米粒子的系列前作研究上（ Acc. Chem. Res., 2016, 49, 2251 ； J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 15290 ； ACS Catal. 2021, 11, 3, 1179–1188 ），通过简单的湿法化学合成方法，选用了三种不同的有机配体（炔基和巯基衍生物，图 1 ）用来制备稳定的 CuOH 纳米结构（分别为 CuOH-EPA ， CuOH-HC16 ， CuOH-EPT ）。研究发现由此合成的纳米结构表现出了纳米带的形态，由大部分无定形的结构以及小的纳米晶构成。更为重要的是，因为保护配体的不同，不同的配体 - 核心界面也因此形成，包括 Cu-C ≡ C- （炔基界面）与 Cu-S-C- （巯基）两种模式。同时，这也导致了 CuOH 纳米结构的光学性质发生了改变，这得益于炔基配体带来的界面共轭效应、电荷传递等相互作用，使得纳米结构的电子结构发生变化，例如带隙减小、载流子浓度升高。

一系列的理论计算验证了结构的合理性，也解释了不同的光学吸收、荧光现象背后的机理。最后，课题组将该材料应用于光催化抗菌上，与巯基保护的 CuOH 纳米结构相比，炔基保护的 CuOH 纳米结构表现出了显著增强的可见光催化抗菌活性，得益于减小的带隙以及活性氧的形成。这项研究的结果表明，使用选定的有机配体进行结构工程是稳定和功能化 CuOH 纳米结构的有效策略，这也是探索其多样化应用的关键第一步。

图 1. 三种有机配体（ a ） EPA ： 4- 乙基苯乙炔，（ b ） HC16 ： 1- 十六炔，（ c ） EPT ： 4- 乙基苯硫酚。

本文要点：

要点一： 如图 2 所示，通过电镜、原子力显微镜以及谱学数据，作者发现三种配体修饰的 CuOH 纳米结构呈现了类似的二维层状结构。

图 2. （ a-i ）配体保护的 CuOH 纳米结构的电镜图；（ j ， K ） CuOH-EPA 的原子力显微镜图片。（ l ） X 射线衍射图样。（ m ， n ）文章提出的 CuOH-EPA 纳米结构。（ o ）三种 CuOH 纳米结构的红外谱线。

要点二： 如图 3 所示，三种 CuOH 纳米结构呈现了不同的光学性质，其中， CuOH-EPA 也表现了最小的带隙（由 Tauc 图得出）以及不同的荧光光谱图样，即更广泛的荧光激发波长。

图 3. （ a-c ）三种配体修饰的 CuOH 纳米结构在可见光以及荧光下的照片。（ d-i ）三种配体修饰的 CuOH 纳米结构的紫外 - 可见光以及荧光光谱。

要点三： 如图 4 所示，通过密度泛函计算，我们发现 EPA 的苯环能强烈影响电子的离域作用，发生更强烈的电子共轭作用， CuOH-EPA 的理论带隙也因此最小，于是会有不同的荧光机理。同时计算发现，理论的紫外 - 可见光光谱与实验的结果（图 3 ）符合。自然跃迁轨道分析发现，得益于炔烃的三键以及苯环，仅有 CuOH-EPA 可以在广泛的吸收波长下发成配体 - 核（ CuOH ）的电子转移，从而解释了荧光光谱的现象。

图 4. （ a ） CuOH-EPA 和 CuOH-HC16 的电子态密度分析。（ b ）本文提出的荧光机理解释。（ c ）计算得到的 CuOH-EPA 理论紫外 - 可见光吸收光谱。（ d ） CuOH-EPA 的自然跃迁轨道分析。

要点四： 如图 5 所示，三种 CuOH 纳米结构展现了不同的抗菌效果，其中 CuOH-EPA 拥有最好的活性。

图 5. CuOH 纳米结构系列的抗菌研究（革兰氏阴性大肠杆菌）。（ a ）在紫外光照射下的抗菌研究。（ b ）在蓝光照射下的抗菌研究。 (c) 三种样品的抗菌效果照片。（ d ）在不同时间点材料处理后 GSH 的损失。（ e ）在 DMPO 存在下，蓝光照射 10 分钟后的电子顺磁共振谱。

作者简介

向上滑动阅览

陈少伟教授， 1991 年本科毕业于中国科学技术大学，然后留学美国康内尔大学，于 1993 年获得硕士学位， 1996 年获得博士学位；在北卡莱罗纳大学从事两年博士后研究后，于 1998 年在南伊利诺伊大学开始独立研究，并于 2004 年加入加州大学圣克鲁兹分校，现为化学与生物化学系教授。研究方向为能源转储电催化剂，纳米颗粒 - 有机配体界面电子转移机理与应用，双面神纳米颗粒，杀菌材料等。在 Science, Nat. Mater., Nat. Com. ， J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed. 等学术刊物上发表 420 余篇研究论文， H 因子 87 ，入选 2018 ， 2020 ， 2021 ， 2022 年高被引科学家，于 2021 年当选皇家化学会会士。

葛庆峰教授，毕业于天津大学化学工程系，获学士、硕士、博士学位。现为美国南伊利诺伊州立大学卡本代尔分校 (SIUC) 化学与生物化学系终身教授和《 Journal of CO2 Utilization 》副主编。曾在丹麦哥本哈根大学和英国剑桥大学从事博士后研究工作，在美国弗吉尼亚大学担任研究科学家。他于 2003 年加入 SIUC 担任助理教授，于 2007 晋升为副教授，并于 2010 晋升为教授。他是 2005 年美国“总统氢燃料计划”资助的 70 名受助者之一，并获得 2018 年度美国化学学会 (ACS) 中西部奖。他的主要研究方向为利用计算建模 / 模拟并结合实验研究来解决与能源和环境相关的材料问题。目前的研究项目包括 CO2 加氢、 CO2 的电化学还原、 CO2 与甲烷的耦合、石墨烯复合金属氢化物的储氢性能以及生物质的转化和利用，他在实验表征、微观动力学和第一性原理模型各种材料上的催化反应等方面都有深入研究和广泛经验。他已发表 150 多篇同行评议的 SCI 论文， H- 指数 55 。