近日，纳米科学与工程研究院杨文胜团队在多功能Janus微粒可控制备领域取得重要进展，研究成果以“One-Pot Single-Step Approach for the Controlled Synthesis of Multifunctional Microparticles”为题，发表在国际著名期刊《Advanced Materials》上。
Janus粒子因其独特的非对称结构和多功能界面，在催化、传感和生物医学等领域具有广阔的应用前景。然而，现有的经典Janus粒子制备方法（如电流体动力共喷射、气相沉积、微流控、Pickering乳液等）普遍存在工艺复杂、步骤繁琐及组分整合受限等问题，难以实现多种功能组分的精准集成和空间分布调控。双极电化学因其无线操作与非对称极化的独特优势，为材料界面非对称构筑提供了新的思路，但现有方法大多局限于单组分或双组分修饰，多组分Janus微粒的精准构筑依然面临理论和技术挑战。
针对上述难题，杨文胜团队创新性地提出了“水/油两相界面双极电化学”策略。该方法通过调控亲水/疏水玻碳微球在油/水界面上的精准定位，并施加平行于界面的电场，在水相和有机相分别诱导不同的电化学氧化/还原反应，从而实现多组分的协同沉积。该策略巧妙结合水/油界面的物理阻隔与玻碳微粒的电子通路，成功实现了Cu、MnO2、Au、PANI等四种功能组分在单一微粒上的同步可控沉积。通过调节电场强度和引入牺牲剂，能够灵活调控各功能区域的位置与比例。该策略不仅首次实现了多组分三维Janus微粒的一步式高效集成，还可扩展应用于二维PEDOT薄膜体系，展现出高度的通用性和拓展性。制备所得多功能Janus微粒表现出丰富的磁响应、pH响应、药物可控释放及特异性荧光标记等功能，为多任务微纳米机器人、生物医学及智能材料的发展提供了新平台。
本项研究是在团队前期系统性工作的基础上取得的进一步突破。在前期工作中，团队首次提出在油/水界面构建双极电化学体系，实现了双功能化的Janus微球一步法制备，并通过电场极化调控对电化学氧化/还原反应区域面积、组成及修饰比例进行精准调控（Chemistry of Materials 2024, 36, 7079）。为进一步理解油/水界面双极电化学体系，团队构建了无线双色电化学发光（ECL）体系，实现了对水/油两相界面处微球表面极化行为的可视化分析。该研究系统揭示了界面微环境对双极极化过程的影响规律，打破了传统ECL局限于电极表面的时空约束，为多相反应体系的精确成像和调控提供了可能（Chemical Science，2024, 15, 19907）。
相关论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202506777
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemmater.4c01512
https://doi.org/10.1039/D4SC06103A
上述研究成果河南大学均为第一完成单位，纳米科学与工程研究院2021级硕士研究生付裕恒为Chemistry of Materials和Chemical Science论文的第一作者；2023级硕士研究生谢冰冰为Advanced Materials论文的第一作者，杨文胜教授、张琳教授、Alexander Kuhn教授为共同通讯作者。
杨文胜，河南大学“杰出人才特区支持计划”第二层次特聘教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，主要研究方向为胶体与界面化学。先后任吉林大学化学学院院长，理学部学部长、天津大学分子+研究院常务副院长，2021年12月加入河南大学纳米科学与工程研究院。已发表学术论文300余篇，他引9000余次，授权发明专利43项。主持国家重点研发专项、国家高技术发展计划（863）、国防科技创新特区项目、国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项、科技部中小企业创新基金、国家自然科学基金等多个项目。
张琳，河南大学“青年英才A岗”，教授，博士生导师，主要研究方向为双极电化学体系的构建及应用。目前为止，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等学术期刊发表论文30余篇。作为项目负责人承担国家自然科学基金青年项目1项、面上项目1项，河南省优秀青年科学基金项目1项，作为中方负责人主持河南省高校学科创新引智平台“河南省生物电化学外籍科学家工作室”项目2项。2024年第三季度威立Wiley中国高贡献作者奖。
