有机半导体-多肽偶联寡聚体的智能自组装、形貌调控及其光电性能研究

兼具光电特性和生物活性与兼容性的纳米结构在仿生智能材料和生物检测等领域具有重要的应用前景，而超分子自组装是制备这种多功能纳米结构并调控其形貌和功能的重要手段。本申请拟结合有机半导体分子特有的光电特性、多肽的生物兼容性等，设计、合成一类有机半导体-多肽偶联寡聚体分子体系，利用多肽自组装的可控性和有序性，研究在多肽链间的氢键和有机半导体单元间的pi-pi堆积等弱相互作用的协同引导下，寡聚体分子在有机溶剂和水相中的智能自组装。研究肽链、有机半导体及其偶联方式等分子结构对自组装纳米结构和形貌的调控。通过在寡聚体分子中共价偶联金属配位或有机光异构单元，利用不同有机配体与金属离子间配位能力的强弱变化、光异构单元的顺反异构、超声可引起多肽片断的分子构型和氢键作用位点的改变等方式来实现外加因素对自组装纳米结构和形貌的可逆调控。研究制得的纳米线（带、管）以及囊泡、颗粒等不同形貌的自组装结构的光电性质。

在研究过程中，我们提出了超分子主次作用力调控分子有序性和自组装纳米形貌的新概念，以苝二酰亚胺(PDI)基分子组装基元为模型，发现了分子亲水性与分子疏水性之比(F亲水/疏水) 调控纳米形貌、ΠΠ堆积方式及其有序性和光物理性质的杠杆效应，制备了高发光效率的空心纳米球；以盐酸浓度([HCl])、水与甲醇的比例(Rw)为纵横坐标变量，关联“F亲水/疏水”与纳米形貌，得到了分子自组装相图，初步建立了一个半定量描述超分子弱相互作用调控纳米形貌的新方法。. 基于这一概念，以联吡啶-三肽偶联分子为模型，通过亲疏水作用的变化有效调控了高稳定性beta-折片的堆积方式，并基于beta-折片在形貌变化过程中的结构连续性和分子中间联吡啶单元的构型可变性之间的完美平衡，实现了纳米囊泡和纳米线间的可逆调控；以L-型氨基酸残基组成的三肽单元为手性基元，实现了对PDI聚集体诱导手性方向的精确调控；通过碱基T/T间的氢键作用，构筑了稳定性的“酞箐锌-肽核酸-苝二酰亚胺”纳米异质结，通过纳米异质结两端上酞箐锌间的强ΠΠ作用及其与四氢呋喃间的配位作用，可逆实现了基于自组装纳米异质结的一维组装和解组装，实现了分子内能量转移及荧光发射的可逆调控。. 进一步地，把这一概念应用到溶液可加工的电子给体材料的可控制备中，通过分子骨架和自组装引导单元的优化，研究了分子内和分子间作用力对给体材料空穴迁移率和光电转换效率的调控作用，制备得到了效率达到3.70%的宽带隙聚合物给体材料（Ecvopt>2.0 eV），这是目前已报道的效率超过3.5%的两种聚合物材料之一，在叠层电池中有潜在的应用前景。. 迄今，已在J. Am. Chem. Soc. (2); Angew. Chem. Int. Ed. (1); Chem. Eur. J. (1); Polym. Chem. (3)；J. Mater. Chem. (1)；Soft Matter(1)等学术刊物上发表论文20篇（含已在线发表的论文）。