这篇文章全面综述了液晶模板化手性纳米材料的最新研究进展，探讨了它们从设计原则、合成策略到光学性质，如圆二色性和圆偏振发光，以及在光学、生物学、催化和电子学等领域的潜在应用，同时对这些材料面临的挑战和未来的发展机遇进行了深入的讨论和展望。
本文要点
1,液晶模板化策略：利用液晶的有序结构作为模板，制备具有手性功能的手性纳米材料。
2,手性纳米材料的分类与应用：包括手性等离子体和手性发光纳米材料，它们在光学、生物、催化等领域有潜在应用。
3,光学性质：探讨了手性纳米材料的圆二色性和圆偏振发光等光学特性。
研究背景
手性是自然界和生物体系中普遍存在的现象，对于生物学、医药、材料科学等领域具有重要意义。手性纳米材料因其在纳米尺度上的固有手性或空间不对称性，在科技应用中展现出巨大的潜力。
研究内容
主要内容如下：
液晶模板化手性纳米材料：介绍了利用液晶模板制备手性纳米材料的方法，包括手性等离子体和手性发光纳米材料。
以下是主要图像解析：
上图为纳米尺度上的手性。a 不同层次尺度上的手性。经b 通过对映选择性合成制备的具有内在手性的手性纳米材料。c 基于不同软模板的手性纳米材料（从左到右）：DNA、肽和手性凝胶剂定向的非手性纳米粒子自组装。d 在甲虫和仿生系统中观察到的手性液晶纳米结构。（左）甲虫外骨骼的原子力显微镜图像。（中）左旋和右旋圆偏振光下的甲虫外骨骼。（右）扫描电子显微镜图像显示铂纳米粒子在胆甾型液晶模板指纹周围的自组装。
上图为手性纳米材料的手性光学特性。a 非偏振光、线性偏振光和圆偏振光之间的关系。b 圆二色性 (CD) 的示意图。c 手性纳米材料中的典型棉状效应（左和中）和双色 CD 光谱（右）。d 圆偏振发光 (CPL) 的示意图
上图为由介晶配体覆盖的金纳米粒子制成的自组装手性等离子体纳米材料。a 介晶功能化金纳米粒子 AuCholC6 的结构示意图。b 表现出手性柱状液晶相的手性等离子体纳米材料示意图。c AuCholC6 的 TEM 图像。d 退火后的 AuCholC6 的 SAXS 曲线。e 基于 SAXS 反射的柱电子密度映射。f 形成的中间相中缓慢冷却的 AuCholC6 纳米结构薄膜的 GI-SAXS 图案。g AuCholC6 纳米结构薄膜从 200°C 的各向同性液晶相冷却至 40°C 时的 CD 光谱。h-i 基于分子动力学模拟的 AuCholC6 纳米结构建模的侧面和顶视图。
上图为介晶功能化金纳米粒子利用热致液晶模板自组装成左手和右手手性纳米材料。a 介晶二聚体 (L–L) 的分子结构。b 介晶功能化金纳米粒子的示意图。c 手性等离子体纳米材料的自组装过程示意图。d 手性纳米材料的 TEM 图像。e、f 左手和右手手性纳米材料的 AFM 图像。
上图为热致液晶模板化手性等离子体纳米材料。a 液晶基质 (OIM) 和手性掺杂剂 (dopS 和 dopR) 的分子结构。b 左手 (M 型) 和右手 (P 型) 手性纳米材料的示意图。c SEM 图像分别显示纯液晶基质、dopR 掺杂液晶和 dopS 掺杂液晶中形成的 M 和 P 螺旋；P 螺旋和 M 螺旋分别用蓝色和红色表示。d-f 使用 4、10 和 15 nm 球形金纳米粒子以及 8 × 20 nm 金纳米棒制备的手性纳米材料的 TEM 图像、3D 模型和相应的 CD 光谱。
上图为溶致液晶模板化手性等离子体纳米材料。a 基于 CNC 软模板的金纳米棒手性向列有序示意图。b-d 胶体 CNC 模板中的金纳米棒螺旋组装表现出偏振依赖性的等离子体消光。经参考文献许可转载。210。版权所有 2014，WILEYVCH。e 基于 CNC 和等离子体金纳米粒子之间静电相互作用的手性等离子体纳米材料。g 共组装过程中的消光、(h) CD 和 (i) g 因子光谱。j、k 纳米螺旋的 TEM 图像。l 重建的左手螺旋的低温 TEM 断层扫描图像
上图为由 CNC 和量子纳米棒共组装制备的手性发光纳米材料。a 通过蒸发诱导自组装制备手性发光纳米结构薄膜的示意图。b 手性发光纳米结构薄膜的偏振光学显微镜图像（比例尺，10 µm）。c 具有手性纳米结构的手性发光纳米结构薄膜。（比例尺，1 µm）。d–f 机械驱动的偏振调制发射光从 CPL 到线性偏振发射。
上图为基于液晶 CNC 的手性发光纳米材料。a 碳点和 CNC 的蒸发诱导共组装示意图。b 手性纳米材料的 SEM 图像和偏振光学显微镜图像。c、d 分别暴露于右旋和左旋圆偏振光后的透明膜和暗膜。e 左旋和右旋圆偏振光的透射光谱。f-h 检测圆偏振光的示意图。
上图为钙钛矿纳米晶体和圆偏振发光。a 钙钛矿纳米晶体的示意结构。b 钙钛矿纳米晶体的典型 TEM 图像（比例尺，50 纳米）。c 胶体钙钛矿纳米晶体在整个可见光谱区域表现出可调节的光子带隙。d 基于手性配体辅助尖端超声处理法的手性钙钛矿纳米晶体。e 基于超分子软模板的手性钙钛矿纳米晶体。
上图为基于手性液晶模板的手性钙钛矿纳米晶体。a 胆甾型超结构诱导的 CPL 原理。b 分别通过右旋圆偏振器和左旋圆偏振器观察到的液晶模板化手性钙钛矿薄膜的照片。c 在使用和不使用偏振器的情况下探测显示绿色发光的手性钙钛矿薄膜的发光光谱。d 绿色手性钙钛矿薄膜的右旋 CPL 的 g 因子。e 在 0° 和 30° 视角观察到的绿色手性钙钛矿薄膜的发射光谱和手性液晶薄膜的反射光谱。
上图为上转换纳米粒子及其光学特性。a UCNP 的示意图。b UCNP 中活化剂和敏化剂的 ETU 过程。c UCNP 的典型 TEM 图像（比例尺，50 纳米）。d 用近红外光激发的 UCNP 的可调发射。e 手性上转换纳米材料涉及的多维信息的示意图，包括 CPL 信号、发射波长和光子上转换中的激发。
上图为基于手性液晶模板的手性上转换纳米粒子。a 电场下手性 UCNP 中可切换 CPL 的示意图。b 不同入射激发强度的 980 nm NIR 光下手性 UCNP 的上转换发射光谱。c 手性 UNCP 在 NIR 照射下的上转换 CPL 光谱。
上图为带有 UCNP 的近红外光驱动手性液晶纳米结构。a 具有核心多壳 UCNP 的独特手性二芳基乙烯的近红外光驱动可逆切换示意图。b UCNP 和手性二芳基乙烯光开关实现的近红外光驱动胆甾型超结构手性反转示意图。c 由 UCNP 稳定的蓝相 3D 纳米结构。
总结与展望
文章总结了液晶模板化手性纳米材料的研究进展，包括其设计、合成、性质和应用。对这些材料在光学、生物学、催化、电子学等领域的未来应用提出了展望，指出了面临的挑战和未来的研究方向。文章强调了液晶模板化手性纳米材料在实现高级手性功能和推动科技发展方面的重要性，并对其未来的研究和应用前景持乐观态度。
文献详情
Zhang, X., Xu, Y., Valenzuela, C. et al. Liquid crystal-templated chiral nanomaterials: from chiral plasmonics to circularly polarized luminescence. Light Sci Appl 11, 223 (2022). https://doi.org/10.1038/s41377-022-00913-6
