不同代數的系列三元多級花狀組裝結構
以原子、分子為基元以自下而上的方式實現功能體系制造是納米科學與技術發(fā)展的重要方向，對于分子電子學、單分子物理化學、表面圖案化等領域的研究有著重要意義。總結功能分子在界面自組裝的基本規(guī)律，發(fā)展構筑功能自組裝納米結構的新方法和技術，實現特定表面納米結構的精確調控和可控構筑是人們面臨的巨大挑戰(zhàn)。在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學研究所分子納米結構與納米技術院重點實驗室的科研人員致力于表面功能組裝結構的設計和構筑研究，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格的結構多樣性（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筑分子一維納米結構（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構多樣性及調控（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Mater. Sci. Eng. R 雜志的邀請，課題組系統總結了氫鍵、范德華力等超分子弱相互作用對分子二維組裝結構的影響，以及溶劑、濃度、電場、光照等條件對組裝過程的調控作用（Mater. Sci. Eng. R, 2010, 70, 169-187）。
最近，該課題組在分子組裝結構的精確調控方面取得了新進展。二維周期性孔洞結構的調控是表面主客體化學的研究重點之一。通常人們利用剛性的芳香環(huán)作為間隔調節(jié)基元，調控二維組裝結構的周期。科研人員設計了一系列端基具有羧基的“遙爪”型構筑基元，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同烷基鏈之間的范德華力，在HOPG表面構筑了一系列穩(wěn)定的二維分子網格。該系列二維網格孔洞結構的重要特點是孔洞的大小可以通過調節(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節(jié)，從而能夠根據客體分子的尺寸設計適合的分子主體網格。這一結果具有一定的普適性，為更加理性的設計結構穩(wěn)定、可控的二維自組裝納米結構提供了新的方法和思路（Chem. Asian J. 2011, 6, 2426–2430）。
在此基礎上，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表面構筑了一系列多級花狀的自組裝結構。通過調節(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的花狀結構。利用高分辨的STM技術，深入研究了各個結構的組成和構形，揭示了各個花狀自組裝結構之間的變化趨勢及組織手性。該研究結果對多組分多級自組裝的納米結構的制備、設計和結構控制都具有重要意義，也給出了構筑新型功能納米材料的方法。相關結果發(fā)表于近期的《美國化學會志》上（J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 21010–21015）。
