近日，沐鸣平台李曉民教授團隊在非對稱納米晶異質結構合成及應用方面取得進展，相關研究成果以“具有雙重異質界面的三元異質結構用於促進近紅外光驅動下的光動力和化學動力治療”（Ternary Heteronanocrystals with Dual-Heterojunction for Boosting Near-Infrared-Triggered Photo-Chemodynamic Therapy）”為題於2024年12月12日發表在《美國化學會》（Journal of the American Chemical Society）雜誌上🔗。本文第一作者為沐鸣开户博士生寇玉芳，李曉民教授為通訊作者🗓。論文鏈接： https://doi.org/10.1021/jacs.4c15819。

（a）UCNC-TiO₂:F-Fe₃O₄異質結納米晶用於促進近紅外光驅動下的光動力和化學動力治療👨‍👨‍👧‍👧。（b🙇🏿‍♂️，c，e）UCNC-TiO₂:F-Fe₃O₄異質結納米晶掃描透射電子顯微鏡，高分辨透射電子顯微鏡和元素分布圖🥰。 （d）UCNC-TiO₂:F-Fe₃O₄異質結納米晶傅裏葉變換圖🧑🏽‍🚀Ⓜ️，分別對應（c）圖中NaGdF₄, TiO₂:F，Fe₃O₄亞模塊，以及TiO₂:F-Fe₃O₄界面🤷🏻‍♂️。

異質結構因其具備整合多個功能模塊，並保證各功能模塊獨立暴露的結構優勢，受到了廣泛關註。異質結構強耦合的異質界面在能量傳遞，電子傳遞和載流子分離等方面有著非常重要的作用👩🏼‍✈️。盡管異質結構具有眾多優點，但由於晶格不匹配和化學組分的較大差異，要想實現在單顆粒水平精確構建多元異質結構面臨較大困難，這一挑戰限製了多個組分之間實現協同能量轉移🧜。

Fe₃O₄納米晶體由於優異的生物相容性以及芬頓催化引發的化學動力學治療（CDT）受到廣泛研究。大量研究表明，Fe₃O₄的高催化活性主要源於其表面存在Fe²⁺。然而，當Fe₃O₄表面的Fe²⁺逐漸還原為Fe³⁺時🌟，Fe²⁺的含量會下降🍓📥，最終導致其催化產生活性氧的性能減弱。此外，TiO₂能在紫外光激發下產生電子-空穴對，空穴能夠將水分子氧化為羥基自由基（•OH），展現出有效的光動力治療（PDT）效果🙇🏻‍♀️。然而🧑🏿‍⚖️，TiO₂本身也面臨著兩個挑戰。首先🩻，光激發產生的電子和空穴對會迅速復合💂🏻‍♂️，抑製光催化效率🎍；其次，TiO₂寬帶隙（~ 3.2 eV）使其僅能夠響應紫外光👩🏽‍🦳🍅，限製了其在深層組織中的應用。

針對上述挑戰🚴🎁，該團隊基於前期NaREF₄-TiO₂二元異質結的基礎上（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202405132）🎱，利用晶面外延生長策略🥵，構築了具有雙異質界面的三元NaGdF4:Yb,Tm-TiO₂:F-Fe₃O₄ HNCs，用於促進近紅外光觸發的光化學動力學治療🧜🏽。將氟離子摻雜到TiO₂ (TiO₂:F)中，不僅提高了TiO₂（001）面的暴露👮🏼，有利於Fe₃O₄的外延生長👰🏼✍🏼，同時促進了NaGdF₄:Yb，Tm（UCNC）上轉換納米晶的生長，實現了三種組分的精準外延結合🏂🏽。異質結的外延生長使三個亞基之間形成了強耦合界面，促進了電子轉移，顯著提高了界面處的能量轉移效率🤷🏽‍♂️，在單顆粒水平上實現芬頓催化和光催化的高效協同。

該工作得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項基金、國家重點研發計劃👰、上海市科學技術委員會⚾️、上海市基礎研究特區計劃等的支持。