非手性分子形成表面手性结构的机理、转化与调控

Many molecules,includnig chiral molecules, pro-chiral moleucles, and even non-chiral molecules, can form chiral assembly on solid surfaces. How non-chiral molecules form surface chiral assembly? Which non-chiral molecules can form surface chiral assembly? Which factors will affect the chiral assembly of non-chiral molecules? These are the basic objects of physical chemistry study. By using scanning tunneling microscopy and theoretical simulations, this project plans to investigate the formation,transition and regulation of surface chiral assembly by non-chiral molecules. The main contents includ: (1) the molecular mechanism for the formation of chiral assembly by non-chiral molecules; (2) the relationship between the non-chiral molecular structures and the surface chiral assembly; (3) the effects of environment such as substrate, solvent, temperature, and electric field on the surface chiral assembly; (4) fabricate specific global chiral assemly by non-chiral. These investigations not only be helpful for the understanding of the origin of chirality in nature and the micromechanism of industrial applications of chirality such as enantio-selective heterogeneous catalysis, chiral separation and resolution, but also provides experimental and theoretical basis for the design and construction of chiral nanostructures.

许多分子能在表面形成手性组装结构，这些分子可以是手性分子，前手性分子，甚至是非手性分子。非手性分子如何能形成表面手性结构，哪些非手性分子能形成表面手性结构，影响非手性分子形成表面手性结构的因素有哪些，是物理化学研究的基本科学问题。本项目拟以扫描隧道显微术为主要手段，结合其它方法及理论模拟，研究非手性分子形成表面手性结构的机理、转化及调控，主要内容包括：（1）非手性分子形成表面手性结构的分子机制,手性在表面的传递和转化；（2）非手性分子的结构与表面手性结构形成间的关系；（3）基底、溶剂、温度、电场等对非手性分子形成的表面手性结构的影响,各种弱相互作用在表面手性结构形成及转化中的作用；（4）利用非手性分子构筑特定整体手性的表面结构。该项目的实施将有助于对手性的起源这一基本科学问题的认识及对手性异相催化、手性分离与拆分等应用问题的理解，还可为手性纳米结构的设计构筑及其应用提供实验及理论基础。

本项目的总体目标是以扫描隧道显微术为主要手段，结合DFT及MM理论模拟，研究表面分子组装过程中手性结构的形成机制，手性组装规律，以及手性分子组装过程的诱导和调控。通过本项目的实施，项目组建立了非手性分子在固/液界面的多级次手性组装模型，阐明了手性结构基元在手性产生及传递中至关重要的作用；考察了分子结构、浓度、温度等对表面手性组装结构的影响，揭示了非共价相互作用与表面手性产生及传递的联系；提出利用非共价键引入手性信息的表面手性控制策略，以简单的手性共吸附分子实现了固/液界面分子组装体系的手性控制，构筑了具有单一手性特征的结构和周期可控的表面手性多孔网格结构；研究了表面长程手性传递及手性非线性放大现象，揭示了非共价相互作用介导的手性信息对固有手性分子组装过程的作用和影响；并成功探索出一套自组装结构演化和稳定性DFT/MM/MD分子模拟方法，用以研究非手性分子形成表面手性结构的分子机制和弱相互作用规律。这些结果不仅有利于对手性产生及传递等基本科学问题的理解和认识，对表面手性分子纳米结构的设计构筑也具有指导意义。项目组发表项目相关研究论文36篇，包括Nat.Commun.1篇，Sci.Adv.1篇，J.Am.Chem.Soc.3篇，Angew.Chem.In.Ed.3篇，完成项目总体预定目标。