赵东元院士、李晓民等：纳米液滴重塑策略可控合成多腔介孔SiO2纳米反应器

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细胞所具有的分隔多腔室结构使其可以在如线粒体、叶绿体等中建立多功能分区，并且在没有相互干扰的情况可以同时进行多种生物化学反应。同样地，纳米颗粒内部设计成具有多个腔室的结构可以模拟细胞的分隔内环境，在不同腔室执行具有明确定义的不同功能，并允许某些物质通过边界进行交换，这对于拓展纳米颗粒在纳米反应器、催化、药物传递等领域的应用前景至关重要。其中，要实现多腔室结构所赋予的优势特性，在很大程度上取决于对多室纳米结构参数（数量、分布、组分、孔隙率等）的有效调控。虽然目前也有一些多腔结构的成功设计（如核@壳结构多腔室），但腔体的嵌套模式不能为多功能实体提供真正独立的空间，并且多腔室结构中形成的壳层大多由密集的固体部分组成，进一步限制了纳米反应器中客体分子的存储和有效扩散。

图1. 葫芦状介孔SiO2纳米颗粒。

        基于此，复旦大学赵东元院士、李晓民教授团队通过一种纳米液滴的分步重塑策略合成了具有可调腔室数量（由1个到3个）和腔室分布的多腔介孔纳米颗粒。通过原位的分步共组装进一步在单颗粒水平实现了多功能（磁性、催化、光学等）实体的分离和配位构建。此外，通过在双腔开口葫芦的上腔植入Pd纳米晶，在底腔锚定Au纳米颗粒设计了具有空间分离双活性位的双腔纳米反应器。在级联反应合成2-苯基吲哚方面表现出良好的催化性能，选择性高达76.5%，是单腔室纳米反应器（约41.3%）的1.85倍。

图2双腔纳米反应器的设计以及在2-苯基吲哚级联合成中的优势。

         同时模拟表明，双腔纳米反应器的单开口设计和介孔壳层的存在可以实现来自外界和底腔对上腔反应物的双重供给。此外，上腔形成的中间体在浓度梯度的驱动下可以向底腔有效扩散，同时扩散到外部的中间体也可以经介孔壳层重新扩散回底腔，从而避免接触上腔中的Pd位点，有效抑制了副产物的过度生成，进一步提高了目标产物的选择性。这种具有可调的腔室数量和分布以及选择性功能化的多腔室纳米颗粒，不仅在纳米反应器中，而且在药物递送、诊断和传感方面都有很大潜力成为一种多功能的应用平台。

图3葫芦状双腔纳米反应器对分子扩散传质的影响。

         该研究成果以“Remodeling nanodroplets into hierarchical mesoporous silica nanoreactors with multiple chambers”为题在线发表于Nature Communications。复旦大学化学系2018级博士生马玉柱为论文第一作者，复旦大学化学系赵东元院士和李晓民教授为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和上海市自然科学基金等项目的大力支持。
       全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33856-y
       文章来源：复旦大学
         赵东元,复旦大学教授，1963 年出生于沈阳市。1980年考入吉林大学化学系，1984年获得理学学士学位，1987年获吉林大学化学系理学硕士学位。1990年获吉林大学和大连化学物理研究所物理化学专业理学博士学位。1993 ~ 1994年在以色列魏兹曼科学院化学物理系做博士后。1995 ~ 1996年在美国休斯顿大学化学系做博士后。1996 ~ 1998年在美国加州大学圣芭芭拉分校材料系和化学系做博士后。1998年12月复旦大学教授；2000年入选教育部长江“特聘教授”，2007年被增选为中科院院士。2010年被增选为第三世界科学院（TWAS）院士。
         李晓民，复旦大学青年研究员。2008年、2011年从河南大学分别获得学士和硕士学位，2014年获得复旦大学博士学位。无机半导体量子点、上转换荧光纳米晶以及无机纳米材料功能化的介孔材料合成及应用研究。在化学、材料类权威期刊上共发表SCI论文70余篇。