表面功能化在工业界和生活中都具有十分重要的意义，它既能保护材料免受外界侵蚀，也能诱导材料产生新的物理化学性能。传统的表面功能化方法门类众多，有物理方法，例如涂附、喷涂、浸渍等；也有化学方法，例如电镀、热处理、化学处理等，这一些方法已被大范围的应用于所有的领域。随着纳米技术的加快速度进行发展，表面功能化途径也逐渐由宏观转向微观，微纳米尺度上的精确调控不但能够深度发掘材料的本征性能，还能够赋予材料众多新颖的功能，例如自然界中荷叶出淤泥而不染、水黾能站在水面上、甲壳虫的鞘翅五彩斑斓等现象，是由于其表面存在各种奇特的微纳米结构。但是，目前已开发的微纳米层次的表面功能化方法，如电化学沉积、气相化学沉积、纳米刻蚀、纳米压印等，一般都依赖于比较昂贵或特殊的设备，在材质丰富性、加工效率、后续功能化等方面仍存在比较大的局限性。开发高效、廉价、广泛适用的微纳米表面功能化方法已成为化学、材料科学领域的一项重要研究任务。

  邱惠斌教授与Ian Manners教授（上海交通大学顾问教授）合作报道了一种在材料表面活性生长嵌段共聚物胶束刷的方法，该胶束刷的密度、长度和壳层化学等均能被精确调控（图1和图2），而且通过后修饰可以灵活地引入各类功能分子或纳米粒子（图2），因而在催化、抑菌、分离等诸多领域表现出良好的应用前景。该研究成果以“Tailored multifunctional micellar brushes via crystallization-driven growth from a surface”为题于11月29日发表在Science上（）。

  研究人员以硅片作为模型材料，将聚二茂铁硅烷-b-聚（2-乙烯基吡啶）（PFS-b-P2VP）短柱状胶束种子通过非共价键作用锚定在其表面；后续加入的聚二茂铁硅烷-b-聚二甲基硅氧烷（PFS-b-PDMS）能够在胶束种子两端外延生长，最终形成长度均一可控的PFS-b-PDMS柱状胶束刷（图1A）。相比于直接将柱状胶束滴涂在材料表面，活性生长的胶束刷在表面上排列更加致密，且能舒展地延伸到溶液中，形成类似于水草丛的阵列结构。通过调节初始种子的负载密度与后续PFS-b-PDMS的投量，还可以精准控制这些胶束刷的密度（图1B-D）和长度（图1F-H），从而精确调节材料表面的亲疏水性（图1E和I）。

  PFS-b-PDMS胶束刷较为柔软，干燥后即刻坍塌，为解决这一问题，研究人员进一步制备了更加刚硬的PFS-b-P2VP胶束刷，该类胶束刷在干燥之后仍能维持较好的竖直结构。此外，特别的重要的是，P2VP壳层中的吡啶基团为后续功能化提供了一个良好的平台（图2A)，例如能够最终靠质子化来实现超亲水性（图 2B），或通过配位作用吸附金纳米颗粒（图2C）。相比于聚合物刷，具有微纳米结构的胶束刷不但逐步提升了材料表面功能层的表面积，而且极大地拓展了功能层向外延伸的空间维度，从而展现出更为优异的性能，例如，修饰有金纳米粒子的胶束刷表现出高效且持久的催化能力（图2E-G）。此外，具有还原活性的PFS核还能用于还原银离子，由此制备以PFS-b-P2VP胶束刷为模板的银纳米颗粒阵列（图2D），形成具有抑菌功效的杂化功能层。

  基于配位作用、共价键连接等不同的晶种锚定策略，胶束刷可以生长于众多宏观材料表面。此外，这样的胶束刷构建策略同样适用于超薄二维材料，例如可在氧化石墨烯上生长胶束刷，从而形成毛皮状的超薄二维复合材料，经层压并质子化处理后可以制得带有正电荷的纳米薄膜，这类薄膜对于油水乳液和纳米颗粒水溶液表现出极高的分离能力。这一工作提供了一种通用的、自下而上的构筑软物质纳米刷的表面功能化策略，有望在催化、抑菌、分离、能源、传感等诸多领域展现出更为广阔的应用潜力。