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華南理工大學程正迪教授:“樹枝型”棒狀分子的精確合成及自組裝研究
2019-09-06  來源:高分子科技

  近些年來,分子結構基元“自下而上”的自組裝方法為構筑高度有序排列的微觀結構提供了新方法 (Macromolecules 2014, 47, 1221)。這些分子結構基元有著不同的幾何形狀,如球狀、棒狀、盤狀等。其中,棒狀分子多傾向于平行排列,形成向列相或近晶相。探索并發現新的分子設計方法南方彩票|手机app下载,從而獲得更加多樣的由棒狀分子自組裝形成的有序結構,將有助于人們進一步深入研究由棒狀分子構筑的材料的宏觀性能和其微觀分子結構的關系。

  在此研究中南方彩票|手机app下载,研究者首先精確地合成了四種樹枝狀三羥基官能化的棒狀寡聚芴分子,命名為3OH-XOFn(P)。三羥基官能團與烷基側鏈的引入,成功地打破了棒狀分子間的平行排列。研究者進一步通過精確調節寡聚芴分子的數量(X=2-4)、寡聚芴分子的長度(n=1-4)以及寡聚芴分子的分叉位置 (P=3,5 或者 3,4),得到了一系列自組裝形成的高度有序納米結構(圖1)。

圖1. 3OH-2OFn(3,5), 3OH-3OFn(3,4,5), 3OH-4OFn(3,5)與3OH-4OFn(3,4)的化學結構及自組裝行為。


  在3OH-2OFn(3,5) 分子中,研究人員僅能觀察到六方柱狀相(HEX)。這是因為,這些分子的幾何形狀為扇形。扇形分子傾向于自組裝形成盤狀的超分子基元南方彩票|手机app下载,再進一步形成柱狀相。 當寡聚芴的數量從兩條增加到三條南方彩票|手机app下载, 3OH-3OFn(3,4,5) 分子表現出圓錐形的幾何形狀南方彩票|手机app下载,它們則自組裝形成超分子球體,進而再形成各種多樣化的球狀堆積結構。如圖2,隨著寡聚芴的長度的增加,研究者觀察到了一系列的有序結構包括 F-K A15、十二重對稱準晶(DQC)、體心立方結構(BCC)。

圖 2. 3OH-3OFn(3,4,5)的自組裝結構。比例尺:50nm。

  更為有意思的是, 3OH-4OFn(3,5) 和 3OH-4OFn(3,4) 分子有著完全相同的化學組分,然而南方彩票|手机app下载,僅僅微小的分子拓撲結構差異導致了截然不同的自組裝結果。3OH-4OFn(3,5)僅能形成六方柱狀相南方彩票|手机app下载;但3OH-4OFn(3,4)可以形成十二重對稱準晶結構(圖3)。

圖 3. 3OH-4OFn(3,5)與3OH-4OFn(3,4)截然不同的自組裝行為。

  除此之外,研究者通過建立熱力學模型南方彩票|手机app下载,系統地討論了不同的自組裝結構與其分子結構之間的關系南方彩票|手机app下载,同時南方彩票|手机app下载,也討論了不同的球狀堆積結構形成的機理。該工作不僅為如何獲得多樣化的南方彩票|手机app下载、由棒狀分子自組裝形成的有序納米結構提供了一種新思路,更為深入理解復雜超分子結構在軟物質中的形成提供了幫助。

  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201904749

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