不同代數(shù)的系列三元多級花狀組裝結(jié)構(gòu)
以原子、分子為基元以自下而上的方式實現(xiàn)功能體系制造是納米科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的重要方向，對于分子電子學(xué)、單分子物理化學(xué)、表面圖案化等領(lǐng)域的研究有著重要意義？偨Y(jié)功能分子在界面自組裝的基本規(guī)律，發(fā)展構(gòu)筑功能自組裝納米結(jié)構(gòu)的新方法和技術(shù)，實現(xiàn)特定表面納米結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控和可控構(gòu)筑是人們面臨的巨大挑戰(zhàn)。在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下，化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室的科研人員致力于表面功能組裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)筑研究，取得了系列進展。
在前期的工作中，該課題組研究了杯芳烴分子在Au電極表面形成多孔網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)多樣性（J. Am. Chem. Soc. 2010. 132, 5598–5599，Chem. Asian J. 2011, 6, 1811-1816）；提出了模塊化自組裝的方法構(gòu)筑分子一維納米結(jié)構(gòu)（ACS Nano, 2010, 4, 5685–5692. Langmuir 2011, 27, 1292-1297）；研究了寡聚苯乙烯撐衍生物表面手性組裝的結(jié)構(gòu)多樣性及調(diào)控（Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 2769-2774. Chem. Commun. 2009, 113, 16193-16198）；研究了溶劑對表面主客體組裝及組織手性表達的影響（Langmuir, 2010, 26, 8195–8200. J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 533–538. Chem. Eur. J. 2009, 15, 9669-9673）。應(yīng)Mater. Sci. Eng. R 雜志的邀請，課題組系統(tǒng)總結(jié)了氫鍵、范德華力等超分子弱相互作用對分子二維組裝結(jié)構(gòu)的影響，以及溶劑、濃度、電場、光照等條件對組裝過程的調(diào)控作用（Mater. Sci. Eng. R, 2010, 70, 169-187）。
最近，該課題組在分子組裝結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控方面取得了新進展。二維周期性孔洞結(jié)構(gòu)的調(diào)控是表面主客體化學(xué)的研究重點之一。通常人們利用剛性的芳香環(huán)作為間隔調(diào)節(jié)基元，調(diào)控二維組裝結(jié)構(gòu)的周期？蒲腥藛T設(shè)計了一系列端基具有羧基的“遙爪”型構(gòu)筑基元，該系列分子能夠與具有氫鍵受體基元的三聚茚分子衍生物（TrO23）通過分子間氫鍵相互作用協(xié)同烷基鏈之間的范德華力，在HOPG表面構(gòu)筑了一系列穩(wěn)定的二維分子網(wǎng)格。該系列二維網(wǎng)格孔洞結(jié)構(gòu)的重要特點是孔洞的大小可以通過調(diào)節(jié)苯三酸分子衍生物烷基鏈的長短來進行原子級的精確調(diào)節(jié)，從而能夠根據(jù)客體分子的尺寸設(shè)計適合的分子主體網(wǎng)格。這一結(jié)果具有一定的普適性，為更加理性的設(shè)計結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可控的二維自組裝納米結(jié)構(gòu)提供了新的方法和思路（Chem. Asian J. 2011, 6, 2426–2430）。
在此基礎(chǔ)上，研究人員由（TrO23），苯三氧十一酸（TCDB）和銅酞菁（CuPc）分子形成的三元組裝基元（TBU）為基本單元，在HOPG表面構(gòu)筑了一系列多級花狀的自組裝結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)各個組分的濃度以及組裝次序，可以有選擇性的獲得不同級數(shù)的花狀結(jié)構(gòu)。利用高分辨的STM技術(shù)，深入研究了各個結(jié)構(gòu)的組成和構(gòu)形，揭示了各個花狀自組裝結(jié)構(gòu)之間的變化趨勢及組織手性。該研究結(jié)果對多組分多級自組裝的納米結(jié)構(gòu)的制備、設(shè)計和結(jié)構(gòu)控制都具有重要意義，也給出了構(gòu)筑新型功能納米材料的方法。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于近期的《美國化學(xué)會志》上（J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 21010–21015）。
