河南大学杨文胜/张琳AM：油/水界面双极电化学，一步精准构筑四组分Janus微粒

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-06-09 07:50

主要观点总结

本文介绍了利用双极电化学（BPE）在水/油界面合成多功能Janus微粒的新策略。该策略实现了单步精准构筑四组分功能化微粒，通过调控电场和牺牲剂，实现了多组分的协同沉积和沉积比例的灵活控制。该策略具有从3D到2D的广泛适应性，为多功能材料的设计和制备提供了全新策略。合成的Janus微粒在生物医学、微纳机器人等领域具有巨大应用潜力。

关键观点总结

关键观点1: Janus微粒因其独特的不对称结构在材料科学中备受瞩目。

空间上的非对称性赋予Janus微粒丰富而多变的功能特性。

关键观点2: 传统合成方法复杂，难以实现多种材料在单个微粒上的精准空间分布。

双极电化学（BPE）为Janus微粒的制备带来了新的契机，具有无线连接和空间选择性修饰的优点。

关键观点3: BPE系统能够实现多种材料的沉积，包括金属、金属氧化物、有机分子层和导电聚合物等。

然而，实现多组分的精准构筑仍然面临诸多理论和技术挑战。

关键观点4: 研究团队提出了水/油两相界面双极电化学新策略，实现了单步法精准构筑四组分功能化微粒。

该策略通过巧妙调控微球的亲水与疏水区域，实现了多组分分区域精准拼接。

关键观点5: 该策略具有从3D到2D的广泛适应性，为多功能材料的设计和制备提供了便捷平台。

制备出的Janus微粒在生物医学、微纳机器人等领域展现出巨大应用潜力。

正文

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电化学新策略，实现了四组分功能化微粒的一步法精准构筑。研究团队通过巧妙调控玻璃碳微球的亲水与疏水区域，使其如“精准布阵的士兵”般规整排列于 w/o 界面。在该体系中，施加于平行界面的电场可同时在水相与有机相诱发不同的电化学氧化与还原反应，实现多组分的协同沉积。由于两相反应独立进行，互不干扰，不仅精准调控了微粒的空间取向，还突破性地实现了单步触发多种反应、同步构筑多功能界面的目标。该研究成果以 “One-Pot Single-Step Approach for the Controlled Synthesis of Multifunctional Microparticles” 为题发表在《 Advanced Materials 》上，为多功能化 Janus 微粒的合成提供了全新的思路和方法。

【界面定位 + 平行电场，精准“指哪打哪”单组分修饰】

双极电化学合成 Janus 微粒及单组份 Cu 修饰

研究团队展示了 Cu/GC Janus 微球的合成过程。水相含有 Cu²⁺ 离子和对苯二酚（ HQ ），当在水 / 油界面施加平行电场时，微球两端分别发生铜的电化学还原沉积与 HQ 的电化学氧化反应。这些反应均限定在水相内进行，实现了对微球特定区域的精准改性。研究结果表明，沉积面积与电场强度密切相关，可通过电场强度 “ 按需定制 ” 改性区域。