界面二维多孔分子网格的功能化

以分子作为结构单元通过弱键相互作用自组装得到有序结构是创造新物质和产生新功能的重要手段。二维多孔分子网格作为界面分子组装结构的一种，由于其在表面主客体化学、分子识别、分子器件等方面的应用前景引起人们的广泛兴趣。本项目针对表面二维分子网格研究中存在的几个热点问题拟开展二维多孔网格结构的功能化研究。通过分子结构单元的合理设计，在分子网格的孔壁或者节点位置引入活性官能团以实现分子网格的功能化，提高多孔网格对客体分子的选择性，并实现对分子网格的手性调控。结合理论模拟研究分子界面组装规律，解决官能团引入对组装过程的干扰问题，实现长程有序功能化分子网格的可控制备。设计具有开关、转换功能的分子网格结构，实现对客体分子的可控捕获与释放。以功能化分子网格为模板实现无机、生物纳米结构基元的可控组装。

以分子作为结构单元通过弱键相互作用自组装得到有序结构是创造新物质和产生新功能的重要手段。二维多孔分子网格作为界面分子组装结构的一种，由于其在表面主客体化学、分子识别、分子器件等方面的应用前景引起人们的广泛兴趣。本项目针对表面二维分子网格研究中存在的几个热点问题开展了二维多孔网格结构的功能化研究。首先通过对分子单元的合理设计，调节样品浓度、溶剂、组装温度等实现了不同对称性网格的可控组装，并利用蒙特卡洛模拟对组装过程进行了模拟，揭示了影响组装结构的可能因素。由于弱键相互作用较弱以及多孔结构本身在热力学上是不利的，因此靠弱键作用维系的多孔网格结构相对脆弱，易受外界环境影响，其应用受到限制。我们采用动态共价键代替非共价相互作用，在表面得到了长程有序的二维共价网格结构。改变结构单体骨架长度可以组装得到不同孔径大小的二维共价网格。此外，我们在结构单体骨架上引入甲基、羟基、甲氧基等官能团，实现了二维分子网格的功能化。其中具有化学活性的羟基不仅能够氢键结合位点，进一步稳定共价网格，而且可以通过与席夫碱碳氮双键的反应，将席夫碱网格转化为二维恶唑啉网格。此外我们还在网格结构中引入了卟啉等光活性基团，制备出了具有光电功能的二维共价网格结构，研究了单体骨架柔性对网格结构的影响，并将二维网格结构与石墨烯复合，测试了其光电响应。设计制备了对外界刺激因素可以做出响应的二维网格结构，实现了可控的二维结构转变。