單分子誘導(dǎo)的單團(tuán)簇組裝：分子層面調(diào)控組裝行為與材料性能的新思路
我系王訓(xùn)教授課題組在亞納米尺度材料自組裝方向取得新進(jìn)展。
無(wú)機(jī)納米晶由于其晶格結(jié)構(gòu)，通常被看作剛性物體，輕微的畸變通常就會(huì)導(dǎo)致極高的晶格應(yīng)力，由此限制了其組裝成為復(fù)雜的超結(jié)構(gòu)。具有確定原子組成的無(wú)機(jī)團(tuán)簇是一類介于分子與納米顆粒之間的材料，這類材料的顯著特點(diǎn)之一便是可以在單個(gè)原子層面調(diào)控其物理或化學(xué)性質(zhì)。由于其尺寸接近1 nm，團(tuán)簇的組裝行為可能直接或間接地受到分子間非共價(jià)相互作用的影響，從而表現(xiàn)出異于無(wú)機(jī)納米晶剛性模型結(jié)構(gòu)的行為。因此，通過逐步調(diào)控分子層面的相互作用，可能在團(tuán)簇組裝體系中獲得復(fù)雜的超結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)不尋常的柔性與多功能化。由于化學(xué)鍵與周圍配體的改變，組裝過程還可能帶來意料之外的材料性質(zhì)的變化。最近王訓(xùn)課題組報(bào)道了一類由多酸團(tuán)簇構(gòu)成的單團(tuán)簇納米線、單團(tuán)簇納米環(huán)及其三維超結(jié)構(gòu)組裝體。在此體系中，通過調(diào)節(jié)溶液酸度將連接媒介乙酸根分子轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜岱肿樱苟嗨釄F(tuán)簇間的連接方式由配位鍵逐步轉(zhuǎn)化為氫鍵，改變團(tuán)簇與連接分子配位點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)形貌由納米線向納米環(huán)的轉(zhuǎn)化。通過替換多酸團(tuán)簇中的某個(gè)金屬原子，本文得到了一系列包含15種團(tuán)簇，具有不同構(gòu)型的單團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)，這也揭示了單團(tuán)簇組裝行為的普適性與可調(diào)控性。在上述結(jié)構(gòu)中，P2W17Mn納米線在烯烴環(huán)氧化催化反應(yīng)中展現(xiàn)出極佳的催化性能；三維超結(jié)構(gòu)組裝體對(duì)于過氧化氫檢測(cè)相比組裝基元，也顯示出更高的靈敏度，體現(xiàn)出單團(tuán)簇組裝體廣泛的功能性與潛在的應(yīng)用價(jià)值。該工作實(shí)現(xiàn)了在分子層面對(duì)于無(wú)機(jī)材料的調(diào)控，也為新型無(wú)機(jī)材料的設(shè)計(jì)與組裝提供了新思路。
論文在線發(fā)表于Science Advances (https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaax1081) 該工作由王訓(xùn)課題組與王冬課題組合作完成，王冬課題組負(fù)責(zé)分子模型模擬計(jì)算部分。論文第一作者為我系16級(jí)博士研究生劉清達(dá)，共同第一作者為何佩雷博士和博士研究生于洪德。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目支持。
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