近日，复旦大学李晓民教授团队在非对称纳米晶异质结构合成及应用方面取得进展，相关研究成果以“具有双重异质界面的三元异质结构用于促进近红外光驱动下的光动力和化学动力治疗”（Ternary Heteronanocrystals with Dual-Heterojunction for Boosting Near-Infrared-Triggered Photo-Chemodynamic Therapy）”为题于2024年12月12日发表在《美国化学会》（Journal of the American Chemical Society）杂志上。本文第一作者为化学系博士生寇玉芳，李晓民教授为通讯作者。论文链接： https://doi.org/10.1021/jacs.4c15819。

（a）UCNC-TiO₂:F-Fe₃O₄异质结纳米晶用于促进近红外光驱动下的光动力和化学动力治疗。（b，c，e）UCNC-TiO₂:F-Fe₃O₄异质结纳米晶扫描透射电子显微镜，高分辨透射电子显微镜和元素分布图。 （d）UCNC-TiO₂:F-Fe₃O₄异质结纳米晶傅里叶变换图，分别对应（c）图中NaGdF₄, TiO₂:F，Fe₃O₄亚模块，以及TiO₂:F-Fe₃O₄界面。

异质结构因其具备整合多个功能模块，并保证各功能模块独立暴露的结构优势，受到了广泛关注。异质结构强耦合的异质界面在能量传递，电子传递和载流子分离等方面有着非常重要的作用。尽管异质结构具有众多优点，但由于晶格不匹配和化学组分的较大差异，要想实现在单颗粒水平精确构建多元异质结构面临较大困难，这一挑战限制了多个组分之间实现协同能量转移。

Fe₃O₄纳米晶体由于优异的生物相容性以及芬顿催化引发的化学动力学治疗（CDT）受到广泛研究。大量研究表明，Fe₃O₄的高催化活性主要源于其表面存在Fe²⁺。然而，当Fe₃O₄表面的Fe²⁺逐渐还原为Fe³⁺时，Fe²⁺的含量会下降，最终导致其催化产生活性氧的性能减弱。此外，TiO₂能在紫外光激发下产生电子-空穴对，空穴能够将水分子氧化为羟基自由基（•OH），展现出有效的光动力治疗（PDT）效果。然而，TiO₂本身也面临着两个挑战。首先，光激发产生的电子和空穴对会迅速复合，抑制光催化效率；其次，TiO₂宽带隙（~ 3.2 eV）使其仅能够响应紫外光，限制了其在深层组织中的应用。

针对上述挑战，该团队基于前期NaREF₄-TiO₂二元异质结的基础上（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202405132），利用晶面外延生长策略，构筑了具有双异质界面的三元NaGdF4:Yb,Tm-TiO₂:F-Fe₃O₄ HNCs，用于促进近红外光触发的光化学动力学治疗。将氟离子掺杂到TiO₂ (TiO₂:F)中，不仅提高了TiO₂（001）面的暴露，有利于Fe₃O₄的外延生长，同时促进了NaGdF₄:Yb，Tm（UCNC）上转换纳米晶的生长，实现了三种组分的精准外延结合。异质结的外延生长使三个亚基之间形成了强耦合界面，促进了电子转移，显著提高了界面处的能量转移效率，在单颗粒水平上实现芬顿催化和光催化的高效协同。

该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项基金、国家重点研发计划、上海市科学技术委员会、上海市基础研究特区计划等的支持。