Bola型两亲分子构建双组份超分子纳米管用于分子传感和光催化体系

This project will focus on the functional two-component supramolecular nanotubes based on the co-assembly of bolaamphiphiles and small organic molecules. Novel bolaamphiphiles containing dipeptide hydrophilic head-groups will be synthesized. The co-assembly of these new bolaamphiphiles with different functional organic molecules can produce two-component supramolecular nanotubes with novel nanostructures and properties. The nanostructures, spectral characteristics, interaction properties and control characteristics of these two-component supramolecular nanotubes will be characterized. The application of these nanotubes in the field of molecular sensing and photocatalysis will be studied. Thus, depending on the properties of functional organic molecules, tubular nanostructures as well as the stimuli-responsive characteristics of supramolecular systems, the biomacromolecule sensing of these two-component supramolecular nanotubes will be studied. Moreover, depending on the tubular nanostructures as well as molecular packing mode of photosensitizers within the two-component supramolecular nanotubes, the energy transfer, electron transfer and photocatalysis of the nanotubes systems upon photoirradiation will be studied.

本项目将致力于研究以Bola作为主要构筑基元的功能化双组份超分子纳米管，用于分子传感和光催化体系。在合成新型的带有二肽亲水头基的Bola 分子的基础上，与各种功能性有机小分子的多层次共组装构建具有独特结构与性能的双组份超分子纳米管。然后对这些双组份超分子纳米管的纳米结构、光谱特性、相互作用特点、调控特性等各方面性质进行充分的表征和研究。在此基础上，依据功能性有机小分子的特点、管状纳米结构的选择性识别特性以及超分子体系的刺激-响应特性，研究其对生物大分子的传感特性；依据双组份超分子纳米管体系中光活性分子的有序排列以及管状纳米结构的特点，研究体系在光照条件下的能量转移和电子转移特性，进而开发其光催化应用。

以双组份超分子纳米管为代表的多组分超分子组装体系是非常重要的软物质材料，有望在材料、环境保护、新能源以及生命科学等多个领域发挥重要的作用。本项目致力于开发以功能化双组份超分子纳米管为核心的新型的多组分超分子组装体系，以用于分子传感和光催化体系。在本项目执行过程中，我们构建了多种双组分超分子纳米管以及其他多组分超分子组装体系，对其结构、性质以及功能化特性进行了仔细的研究和表征；揭示了其中结构调控、刺激-响应以及激发态手性的规律；探索了多组分超分子组装体系在分子传感和光催化等方面的应用。通过这些工作，我们取得一些重要成果，主要内容包括：很少量的酞菁诱导大量二肽形成了双组份超分子纳米管，并表现出很强圆偏振荧光（CPL）特性；卟啉与两亲分子共组装形成双组份超分子凝胶，实现了效率较高的光催化产氢；Bola 型两亲分子和卟啉共组装形成超分子纳米管，能够有效光催化降解污染物；双组份超分子组装实现了内部分隔化的一维纳米结构，实现同时在溶液和气体中检测亚硝酸根(NO2-)和二氧化氮(NO2) ，以及对氨基酸对映体的电化学检测；基于新构筑基元的设计与合成，我们开发了新型高效破乳剂；研究了新的双组份体系的界面组装和超分子手性特性；针对新构筑基元的设计与合成，我们还开展了有机无机杂化分子材料的合成、结构及其光电磁、吸附、催化等方面的功能性质的研究。这些研究进展深化和拓展了人们对于多组分超分子组装体系的认识，并为进一步的研究和应用打下了坚实基础。