功能分子可控自组装等研究获进展

2010-10-11 11:31 来源: 中国科学院
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功能分子的可控自组装、聚集态结构和性能研究取得新进展

  通过分子设计和自组装实现对其聚集态结构、形貌、维数和尺寸的调控,从而调控其性能是化学、物理和材料等学科的重要前沿研究领域。

  在国家自然科学基金委、科技部和中科院的大力支持下,化学研究所有机固体院重点实验室的研究人员在分子材料的组装与性能调控研究方面取得了新的进展,最近他们设计、合成了一类新的具有双亲基团的卟啉分子TEOP,通过原位生长和自组装结合的技术,实现了TEOP有序的纳米结构和性能的可控构筑。相关的研究结果已经发表在Adv. Mater. 2010, 22, 3532–3536。

  研究结果表明,通过控制自组装条件可以在硅、石英玻璃等基底上实现大面积(平方厘米级)、高有序生长分子聚集态结构阵列,不仅实现了对TEOP聚集态结构的尺寸和形貌的精确调控,还实现了在无模板条件下对该分子的有序性、阵列有序性和维数的准确控制,为高有序、大面积自组装分子聚集态结构材料提供了新思路。

  更有意义的是,结合单晶结构的分析,该研究清楚的解释了其生长过程和机理。TEOP分子为方砖形,可以通过卟啉分子间的π-π 堆积相互作用以“J”型边-对-边的排列形式在晶体中层层堆积,并在溶液中形成表面能量最小的球状结构,形成无序的球状聚集膜,这些球状结构通过挥发驱动的对流过程可以在溶剂中移动、聚集、重排、组装,使得部分首先形成相互排列的直线,直线排列的有序结构为后面的有序排列提供了模板,最终逐级组装形成大面积、高有序的球状阵列聚集态结构。该有序阵列的非线性吸收系数和非线性折射系数比对应的溶液增强了1000倍,而无序结构对非线性吸收和折射无任何响应,展示了性能和有序结构独特依赖关系,在新的光学器件等领域中具有极大的潜在应用前景。

  另外,研究人员在先进分子的设计、自组装方法、固态结构和性质方面也获得了新的系列研究结果,这些结果分别发表在Chem. Commun. 2010, 46, 3161; Chem. Commun. 2010,46, 5698; J. Phys. Chem. C 2010, 114, 12982; J. Phys. Chem. C 2010, 114, 15109;Org. Biomol. Chem.2010, 8, 3923上。

卟啉分子TEOP结构、组装过程和有序纳米结构的可控构筑