自组装是指在没有人为干预的情况下,结构单元自发地形成有序结构的过程。自组装现象广泛存在于自然界中,存在于生命系统中,例如宏观体系中一个系统从无序变成有序,生物学中的DNA双螺旋结构,蛋白质的聚集与折叠等均是自组装的过程。相比于传统的自上而下的加工技术,自组装是一种由原子或分子起始的自下而上的构筑特定结构或新物质的技术。人们期望通过这种自下而上的自组装技术来满足信息、生命、电子、材料和纳米等领域的应用需求。
近日,国家纳米科学中心曾庆祷课题组,邓珂课题组,杭州师范大学万俊华课题组和宁波工程学院肖勋文课题组等人以一种大环分子为主体,通过改变大环分子的烷基侧链,同时调节大环分子的溶质浓度,实现多种二维表面组装结构的构建,同时与密度泛函理论相结合,对组装结构的稳定性进行进一步的探索。
扫描隧道显微镜(STM)的发明使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质,在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景。近日,曾庆祷课题组利用扫描隧道显微镜探究大环分子在1-辛基苯烷/石墨界面的组装排布情况,同时提高溶质浓度,改变吸附质的表面覆盖度,使得组装结构由松散排列向紧密结构转变。结合密度泛函理论研究发现,随着溶质浓度的增加,分子间的相互作用明显增强。较强的分子间相互作用有利于整个组装结构的稳定。此外,随着溶质浓度的增加,不同纳米结构的单位面积能量也逐渐降低,表明体系的热力学稳定性增强。这些结果将有助于探索二维功能材料的形成机理。此外,由于大环分子的光电特性,此纳米材料可能具有特殊的性能,可用于制备下一代功能薄膜和纳米电子器件。 论文信息: Diverse Self-assembly Structures of a Macrocycle Revealed with STM by Adjusting the Solution Concentration Peng Lei, Qianhui Li, Ting Meng, Ke Deng, Junhua Wan, Xunwen Xiao, Qingdao Zeng 论文的第一作者是国家纳米科学中心的博士研究生雷鹏和杭州师范大学的研究生李千会。 Chemistry – An Asian Journal