胶体组装为自下而上构筑多级次、多尺度功能材料提供了可能。然而，如何精准高效地实现粒子间的可控组装依然是一项挑战。最近，上海交通大学邱惠斌课题组提出了软硬纳米粒子自控共组装策略，即以聚苯乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶（PS-b-P2VP）球状胶束和二氧化硅（SiO₂）纳米粒子分别作为软、硬粒子，借助胶束冠部的吡啶基团与二氧化硅纳米粒子的表面羟基之间的氢键作用，诱导二者形成具有价态自控特性的胶体结构（图1）。

图1. PS-b-P2VP胶束与SiO2纳米粒子初级组装。图片来源Nat. Commun.

首先，作者发现通过调控两种粒子的相对尺寸大小，可以制得一系列具有不同饱和价态的胶体分子。而对于特定尺寸的两种粒子，通过调节二者的混合比例，还可以实现对其价态的动态调控（动态价态），得到一系列具有不同维度的胶体结构（如一维链状、二维网络、三维块体等）。此外，两种粒子初级组装形成的胶体分子与聚合物还具有二次组装的潜力（图2），进而为构筑形态更为复杂的多级结构提供了可能。

图2. PS-b-P2VP胶束与SiO2纳米粒子二级组装。图片来源Nat. Commun.

在此基础上，作者还考察了该组装策略对于其他功能性粒子的适用性（图3），发现金纳米粒子、ZIF-8粒子、聚多巴胺粒子、以二氧化硅为壳层的核壳结构的粒子均可以与胶束可控组装，形成众多价态可控的胶体超结构。

图3. PS-b-P2VP胶束与功能性粒子共组装。图片来源Nat. Commun.

此外，作者还成功将该软硬组装策略引入到界面上（图4），借助交替浸渍实现了在界面上可控合成胶体分子；借助“grafting to”实现了在界面上接枝胶体聚合物链。这两种方法为未来精准定制胶体刷（colloidal brush）提供了可能。

图4. PS-b-P2VP胶束与SiO2纳米粒子界面组装。图片来源Nat. Commun.

该工作发表在Nature Communications上，并被编辑推荐为该杂志Inorganic and Physical Chemistry领域的“Highlight”成果在其网站上给予“Focus”报道。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委、上海市教委的经费资助，特此感谢。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25995-5