半导体分子基元的设计与自组装(一)

In the past two decade, self-assembly techniques has been rapidly developed in the word and has been lead the great vitality of molecular materials on the small-scale and multi-disciplinary cross, and quickly became a field with wide subject matter and potential application. This research will focus on the design and synthesis of functional molecule motifs and establish the novel technologies and morphologies of growth, self-assembly and self-organization. It will be achieved that the controllable size and structure of self-assembly system through the regulation of thermodynamic process by development of new concepts and technologies on orientation and set-dimension of self-assembly. The mechanism and the process of molecular self-assembly and function-dependent structures, morphologies and dimensions phenomena will be investigated by exploration of charge, energy, photon transfer and transmission. The ordered heterogeneous and homogeneous structure, microstructure and surface and interface issues, especially the interface connection will be studied by consideration of the matching principle of the energy, structure and property. The applications in the optical sensors, optical communications, and storage of information will be explored.

自从20世纪80年代末90年代初以来，自组装技术在世界范围内得到了迅速发展，使分子材料在小尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力, 迅速成为了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。本研究主要是在设计、合成功能分子基元的基础上，综合考虑能量、结构和性质匹配的原则，建立生长、自组装和自组织新技术和新方法，发展尺寸与结构可控的分子自组装体制备和新的定向、定维自组装技术，通过热力学参数的调节控制组装体的尺寸、形状与功能，深入研究分子组装体的形成机理、生长机制、自组装动力学过程，构建有序分子自组装体系，研究有序异质和同质结构、微结构与表界面问题，特别是界面连接等。调控有序结构中电荷、能量以及光子的转移和传输过程，探讨有序自组装体在光学传感器，光通讯和信息存储等原理型器件方面的应用。

在项目执行期间围绕自组装体功能分子基元的设计与合成及自组装方法学和性能调控方面开展了系统深入的研究，按计划圆满完成了研究任务，超额实现了预期目标。主要发展了新型组装基元，并设计、合成了系列有机半导体分子和新型碳同素异形体-石墨炔，通过对共轭和半导体分子功能基元的结构设计和裁剪，调控功能基元间的相互作用，进而调控其能带结构，通过选择功能基元进行了有序结构及异质结构组装，建立了自组装新技术和新方法，发展具有自己特色和自主知识产权的高性能的自组装体和自组装方法学。共发表相关SCI论文19篇，影响因子>7.0论文5篇，其中Acc. Chem. Res. 1篇，Adv. Mater. 2篇，受邀撰写综述文章3篇，授权专利3项；培养博士研究生名，硕士研究生1名，2名博士后。应邀在国际和国内会议上做大会/邀请报告5人次。2014年获得国家自然科学奖二等奖1项（排名第一）。