JACS－姚建年付红兵－有机介观低维结构研究

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，最近，中科院化学所光化学院重点实验室姚建年院士和付红兵研究员在有机介观低维结构的形成机制和构筑方法方面取得了新进展。
 
由于有机分子的热稳定性不如无机化合物，长期以来，有机低维结构的构筑方法受到诸多限制，严重阻碍了有机低维结构的大规模、可控性制备以及有机低维结构的自组装进程。他们在前期工作的基础上(J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1434-1439; Adv. Func. Mater. 2006, 16, 1985-1991)，发展了液相胶体化学反应法制备苝分子的介观低维结构(《美国化学学会杂志》J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7305-7312)。通过控制体系化学势的高低实现了低维结构形成过程中成核与生长动力学过程的分离以及调控，实现了< 100nm情况下有机低维结构的尺寸控制，为进一步的大规模、三维自组装铺平了道路。苝的E-型与Y-型激发子可以通过低维结构的尺寸得到调节；在它们的多级自组装超结构中，发现有机低维结构之间的耦合效应可以产生新的介观依赖特性。这一研究结果表明，液相胶体化学反应法可以实现有机低维结构的可控性制备及其高度有序的三维自组装超结构，为剪裁有机分子材料的性质以及器件化开辟了新的途径。
 
除了构筑方法，在有机低维结构的形成机制方面，为了研究分子结构决定的分子间各向异性相互作用对不同尺度下分子聚集过程的影响规律，研究人员在前期工作的基础上(Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4060-4063)，设计、合成了三种同分异构的有机小分子，并发现三种异构体形成截然不同的纳米结构：纳米球，纳米线和纳米方块。通过比较不同同分异构分子簇集形成的预聚体，发现了分子结构与低维结构形貌之间的内在关联性。相关研究工作作为热点文章发表于(Chem. Commun. 2007, 1623-1625)。随后被英国皇家化学学会综合评述杂志(Chemistry World 2007, 4(5)，C35)以Research Highlights形式报道，认为是向理性化设计有机纳米材料迈进了一步，被Nature Nanotechnology在互联网上以Research Highlights(DOI:10.1038/nnano.2007.129)形式进行了评述；又被美国化学学会(Chemical & Engineering News 2007, 85(19),p54)选作科技焦点文章Science & Technology Concentrates。

液相胶体化学反应法制备有机介观低维结构及其自组装示意图

分子结构对有机低维结构形貌的影响