基于芴酮衍生物分子间弱键竞争诱导自组装结构的转变及机理

揭示不同结构基元间弱键相互作用影响分子自组装结构的本质和规律是制备特定功能自组装体系的基础。我们前期研究表明，芴酮衍生物由于独特的结构使其能够在石墨表面形成不同的自组装结构并发生相互转变，从而发现了分子间偶极-偶极作用力调控多孔纳米结构的新方法。为深入认识芴酮和侧链间作用力竞争对自组装膜结构的影响，本项目提出系统开展此类结构基元间弱键相互作用影响纳米结构产生和变化的协同规律和机理。内容包括：设计合成一系列具有不同可控结构基元的有机分子，以扫描隧道显微镜为主要表征手段，研究不同分子在基底表面的自组装结构，实时记录自组装过程中结构转化的规律及动态形成过程。采用不同溶剂和溶液浓度，施加针尖脉冲偏压的方法对分子自组装结构进行调控。结合理论计算模拟，阐明不同结构基元存在下，弱键相互作用竞争导致自组装结构的变化规律和协同效应。本课题将为进一步认识自组装的本质，发展复杂多元自组装体系提供实验和理论依据。

揭示不同结构基元间弱键相互作用影响分子自组装结构的本质和规律是制备特定功能自组装体系的基础。我们前期研究表明，芴酮衍生物由于独特的结构使其能够在石墨表面形成不同的自组装结构并发生相互转变，从而发现了分子间偶极-偶极作用力调控多孔纳米结构的新方法。为深入认识芴酮和侧链间作用力竞争对自组装膜结构的影响，本项目继续研究了一系列具有不同可控结构基元的芴酮衍生物有机分子在基底表面的二维自组装纳米结构；研究了分子结构变化（分子末端基类型、柔性碳链长度、不同取代基、数量等）及外界条件（溶剂、浓度、偏压等）对其自组装结构的影响与调控；结合理论计算模拟，阐明了不同结构基元存在下，弱键相互作用竞争导致自组装结构的变化规律和协同效应。研究结果表明：具有双碳链取代基的芴酮衍生物的自组装结构存在链长效应，奇偶效应、溶剂效应和浓度效应，通过对比实验和计算模拟得出分子间偶极作用对自组装结构的调控起到了关键作用，并深入讨论了其调控机制。单链取代的芴酮衍生物分子的自组装纳米结构同样存在链长效应，奇偶效应、溶剂效应和浓度效应。但由于分子间以及分子溶剂间氢键作用较强，氢键作用为自组装结构调控的关键因素，并首次在固/液界面构筑了异质手性纳米结构。该项工作将为研究后续的自组装体系的设计、制备和性能提供了良好的实验基础。相关研究成果在包括Chem.Commun.; J. Phys. Chem. C; Chem. –Asia. J.; Phys. Chem. Chem. Phys.等国际期刊上发表SCI论文18篇，按期完成了各项研究任务。