南京大学蒋锡群《Research》：非平面环状π共轭分子组装的二维结晶纳米膜学术资讯

来源：高分子科学前沿

创造具有新颖结构特性的碳纳米材料是化学和材料科学的挑战之一，一种方法是将一些具有独特结构的材料进行自组装，例如非平面π共轭环状分子。目前，π共轭的纳米碳材料，包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯和多环芳香族碳氢化合物均表现出优异的电子和光学性能，并且在电子、光子学和生物医学领域具有重要应用。然而，尽管目前对于非平面π共轭环状分子的合成和性质表征有很多，但是它们的自组装性质却很少有研究和报道。

近期南京大学蒋锡群教授课题组设计并合成了四种环对苯撑([n]cycloparaphenylenes, [n]CPPs)及其衍生物，即八元环的对苯撑（[8]CPP），芘基团改性的八元环的对苯撑（[8]CPP-pyrene），四苯基乙烯改性的八元环的对苯撑（[8]CPP-TPE）和羧基改性的八元环的对苯撑（[8]CPP-COOH），其中[8]CPP-pyrene，[8]CPP-TPE和[8]CPP-COOH是新化合物。

图1. （a）四种CPP结构示意图。

图2. （a-d）四种CPP在四氢呋喃THF中的冷冻电镜cyro-TEM图。每张图分别对应a. [8]CPP；b. [8]CPP-pyrene；c. [8]CPP-TPE；d. [8]CPP-COOH。蒋锡群教授课题组系统研究了环对苯撑及其衍生物的光谱及自组装性质。通过荧光光谱对环对苯撑在溶液中的自组装行为进行了研究。研究发现随着浓度的增加，溶液激发光谱逐渐红移。显著的荧光激发光谱红移的表明这些非平面的环状共轭分子在高浓度时发生聚集。进一步发现了环对苯撑分子在溶液中可以自组装成结构不同的超薄纳米晶体薄膜和纳米多层结晶囊泡。分子可以精确地堆在一起形成高度有序的结构，在堆积中呈倾斜堆积的方式。纳米膜和囊泡形成的关键驱动力是环对苯撑分子在特定溶剂中的结晶作用和π-π相互作用。

图3. （i）[8]CPP纳米薄膜的AFM图; (j-l) [8]CPP, [8]CPP-pyrene和[8]CPP-TPE纳米薄膜的高分辨STM分子像。该工作近期发表

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