化学所在卟啉超分子纳米结构的可控组装研究取得新进展

2010-12-27 15:01 来源: 中国科学院
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利用表面活性剂辅助的自组装技术实现了卟啉纳米结构的可控组装和理化功能的调控

  利用自组装技术在超分子层上实现有机功能分子的可控自组装,并进一步实现其功能的调控,是目前超分子化学、纳米科技、材料科学等领域的重要课题。卟啉化合物作为一类重要的功能染料分子,由于其独特平面型分子骨架特征、良好的共轭体系等特征而成为超分子化学中最为优良的构筑基元之一。目前研究者已经在卟啉分子纳米结构的逐级组装方面取得了丰硕的研究成果和积累。表面活性剂辅助的组装技术融合了胶体化学与分子组装的优点而备受关注。考虑到卟啉类化合物在非极性或小极性溶剂中往往具有良好的溶解性,其在油/水体系中的组装可能为研究者提供卟啉分子组装更为丰富的信息。

  近几年,在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下,中国科学院化学研究所胶体、界面与化学热力学院重点实验室一直致力于功能单元的设计与界面的超分子组装。最近,研究人员在金属卟啉的可控组装、多维高级结构和超分子手性研究方面取得了新进展,成果近期发表于《美国化学会志》上(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9644–9652)。

  研究发现,将一种锌卟啉(ZnTPyP)的氯仿溶液滴加到CTAB的水溶液中,通过调整溶液的浓度或熟化时间,可以可控得到空心纳米球、实心纳米球、纳米管、纳米棒或纳米纤维等超分子纳米结构。另外,通过简单的浇注方法,可以将所获得的纳米棒在数十微米范围内进一步组装成单层或多层具有平行排列特征的规则纳米阵列结构,而其他纳米结构则不能形成类似的阵列结构。通过圆二色谱数据的研究表明,尽管体系中所使用的表面活性剂和卟啉均为非手性化合物,但通过该方法所得到的纳米棒却能表现出来明显的光学活性,而其他结构则不能表现出光学活性信号。

  该课题组前期研究已经发现非手性的两亲分子可以通过气/液界面的二维组装形成超分子手性的薄膜,并揭示了其普遍性(J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5051J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1322J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2756Chem. Eur. J. 2008, 14, 1793)。此项研究进一步表明,这种对称性破缺过程在液液界面也能够发生,为理解和揭示超分子体系中超分子手性的起源提供了基础。