分子材料自组装、聚集态结构与性质研究

本项目以新型多功能分子基材料的设计、合成、聚集态结构的构筑、组装与性能的研究为主，考虑分子结构，能量和性能的匹配，设计、合成综合性能优良的无机/有机功能分子材料和新型碳基分子材料，并对功能分子材料聚集态结构和性能作系统的研究。重点进行无机/有机功能分子材料聚集态结构的调控合成和组装，发展新概念、新方法研究其聚集态结构形成和组装的过程和机理，建立有特色的构筑和组装方法，揭示多功能分子基材料聚集态结构的化学、物理学本质，功能分子材料表界面结构与性质之间的关系，为功能分子材料的应用提供依据。

首先建立了二维全碳材料石墨炔薄膜及多种聚集态纳米结构可控生长新方法，解决了石墨炔薄膜生长的多个关键科学问题，确定了其生长机理，首次确定了石墨炔的层间距为0.365 nm和测定了不同厚度石墨炔薄膜的迁移率，系统深入研究了石墨炔薄膜的基本电学、光学等物理特性以及在能源、光电和催化等领域的应用，发现石墨炔在上述领域具有重要潜在的应用价值。其次，依据无机和有机分子的电子结构提出了结构和能量匹配的原则，建立了无机/有机分子异质结聚集态一维线的共生长方法学，突破了异质结构相容生长瓶颈，探索了针对异质结界面的新表征技术。研究了系列异质结一维纳米结构的基本性质和界面结构以及界面的电学性质等，首次实现了固态双异质结纳米线逻辑电路的构建。另外，通过理性分子设计，合成了系列具有自组装和自组织功能的分子体系，实现了多种化学力调控自组装和生长低维聚集态结构以及通过维数、形貌、尺寸调控其性能，发现性能对聚集态结构的维数具有强烈的依赖性。构建了光学器件，发现了极性控制生长的一维纳米纤维的同一晶面可同时输出二次谐波和双光子荧光发射的二阶和三阶非线性光学两种信号，解决了在同一晶面上调控线性和非线性光学的这一科学难题，在光调制和光通讯方面具有重要潜在的应用价值。本项目解决了分子基材料自组装和聚集态结构领域中的一些关键科学问题，在国际上已产生了一定影响。