功能有机多面体纳米晶体的可控生长与性质研究

形貌控制为在纳米尺度下操控材料性质开辟了一条崭新的途径，最近对于零维无机多面体纳米晶体及一维有机纳米晶体的研究证明，通过调控纳米晶体的形貌，可以大大影响其光学、传感、催化等性质。零维有机多面体纳米晶体的可控生长及性质研究在国际上仍极少见，亟待开拓。本申请拟以一系列高效发光的苝的衍生物等功能有机小分子为主要研究对象，制备外形与晶体结构都具有高对称性的零维有机纳米立方体、八面体、十二面体等多面体晶体，通过生长方法的改进与创新实现对纳米晶成核及晶体生长过程的可控调节，最终实现有机纳米多面体的形貌可控调节。在此基础上理解高对称零维有机纳米多面体的内在生长机理，并提出可控合成的相对普适方法。进一步对多面体的光、电特性进行研究，建立形貌与性质之间的联系，并通过高性能气体传感器的制备，探索其实际应用。高对称的有机多面体晶体有望展现出区别于其他低对称结构纳米材料的独特性质，带来新的应用。

本项目中，我们以一系列高效发光的有机化合物为研究对象，比如四叔丁基苝(TBPe)，八羟基喹啉铝（AlQ3）等，在零维有机纳米结构的可控生长方面积累了丰富的经验。这其中包括，在传统的晶体生长条件下，实现高度对称的立方晶型的不同晶面的零维纳米结构的可控生长，以及零维纳米结构与一维纳米线的可控生长。其次，在动力学控制条件下的非传统的晶体生长，在高浓度下形成结构骨架，然后经过奥斯瓦尔德熟化过程形成中空的立方结构与层次花瓣形结构等。另外，分别控制成核和生长两个阶段可以实现由晶核堆积形成骨架后各项异性生长成为树枝状结构的多面体晶体。在此基础上，总结有机多面体在各种生长条件下的生长机制与规律，建立对有机多面体生长过程的清晰了解。在可控生长的基础上，我们重点对零维有机纳米结构进行了光学性质的研究，其中值得注意的是，在形成的零维有机纳米结构的光学研究中，发现某些有机化合物的纳米结构展现出很强的发光特性，亮度很高且具有很好的稳定性，在生物成像方面具有一定的应用前景。另外，所制备空心多面体晶体其内外表粗糙而内部空心，具有较大的比表面积，少量的气体吸附便可对其表面状态及电输运特性造成很大影响。利用这一特点，我们构筑了基于空心结构薄膜的湿度传感器件，相对于实心晶体，器件表现出更灵敏的湿度响应，展现出在纳米传感器中的应用前景。总之，本项目按照预定目标与计划顺利圆满完成。