界面超分子化学与响应性功能表面

超分子化学和界面的结合有效地促进了超分子化学和胶体与界面科学的发展。刺激响应性超分子界面,因在外界刺激作用下能够引起界面物理化学性质的改变并带来新的界面功能,而受到广泛的关注。近年来,溶液中基于偶氮苯 环糊精主客体相互作用的超分子组装体已经得到了广泛的研究。我们将溶液中基于偶氮苯环糊精主客体作用的可控可逆超分子组装体转移到界面上,构筑了具有刺激响应性的功能化超分子界面,并实现了表面浸润性的可逆调控、生物大分子的可控吸附与脱附、光可控的生物电化学催化等功能。我们期待类似的概念可以拓展到其他超分子体系,构筑具有特定结构的功能界面。     

MoS2纳米花的溶剂热合成及其表征

MoS2是一种典型的无机层状化合物,其Mo-S棱面相当多,层内是很强的共价键,层间则是较弱的范德华力.由于其层状结构的特殊性,MoS2被广泛应用于半导体材料、插层材料、储氢材料、固体润滑剂、工业加氢脱硫催化剂、无水锂电池、主客体化合物以及扫描隧道显微镜(STM)针尖中,尤其在航空航天工业中具有很大的应用潜力.     

两种新型基于三蝶烯的分子钳的合成及其与缺电子客体络合作用研究

本文合成了两种含有三蝶烯单元的分子钳1和2,通过1H NMR、13C NMR、质谱、元素分析以及X射线单晶衍射等表征手段确证了化合物的结构。通过核磁滴定法以及ESI-MS法研究了化合物1和2在溶液中与7种缺电子客体的络合行为,结果表明：1）主客体之间的络合是按照摩尔比1:1进行的;2） 两种主体的配位能力1 > 2; 3）缺电子程度大的客体与主体络合能力强。利用ORTEP 1.076理论计算模拟主客体络合行为,结果表明非共价键相互作用在主客体形成夹心络合物的过程中起着重要作用。     

基于冠醚和柱芳烃主客体识别的超分子聚合物材料

超分子聚合物材料是高分子科学、超分子化学和材料科学3个学科相结合的产物.通过精妙的设计,我们不仅可以赋予它传统高分子材料所拥有的光学、电学以及力学等性能,同时还可以使其具有超分子材料的动态可逆性和刺激响应性.已用于构筑超分子聚合物材料的主客体识别体系有很多,从识别体系中的主体来说,包括基于冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲、柱芳烃等大环的主客体体系.其中,冠醚作为第一代大环主体,它的模板合成直接开辟了超分子化学这一领域,而柱芳烃是最近发展起来的一类新的大环主体,它具有刚性的骨架,并且制备简单,容易功能化,同样也受到超分子化学家们的广泛关注.本文着重综述了我们课题组基于冠醚和柱芳烃主客体识别所构筑的超分子聚合物材料.在这些材料的制备中,我们利用了主客体识别的刺激响应性、可逆性和选择性,来实现对这类材料的组装结构以及功能的精确调控.     

偶氮苯修饰DNA的组装行为及主客体作用介导的形貌调控

智能型DNA纳米材料,由于其具有灵敏的外界刺激响应性,是纳米技术和生物医学应用中一类重要的功能纳米材料。本文研究的具有光响应性质的偶氮苯共价修饰DNA的两亲分子在水相中可组装成直径为28.8nm的球形胶束,光刺激或者β-环糊精与偶氮苯的主客体识别的调控均可实现组装解离,进一步通过荧光包裹实验和金纳米颗粒负载实验验证了球形胶束的组装机制,为其在药物负载、靶向识别等生物医学领域提供了潜在应用。     

基于界面超分子主客体识别作用的仿生自修复水润滑研究

通过界面超分子主客体识别作用,成功地将端金刚烷基聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾分子组装到接枝环糊精分子的硅片表面;通过原子力显微镜,表面元素分析,膜厚变化,表面润湿特性等手段证实该聚合物的成功组装. 通过摩擦试验证实:表面组装端金刚烷基聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾分子后,在轻载条件下,具有极低的摩擦系数,呈现流体润滑状态;而在高载荷条件下,可能是由于表面组装的聚合物被部分剪切掉而呈现较高的摩擦系数. 更重要的是,基于这种超分子作用间的可逆的非共价相互作用,该表面可呈现一种自修复的润滑效果,即在部分端金刚烷基聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾分子被剪切掉后,在客体大分子稀溶液中自组装后可再次获得低摩擦系数状态。      

六、七、八元瓜环与苯胺系列衍生物的相互作用

利用紫外吸收光谱、荧光光谱以及¹H NMR方法详细考察了六、七、八元瓜环(Q[6], Q[7], Q[8])与苯胺系列衍生物客体的相互作用和体系pH对其作用的影响. 实验结果表明, 3种瓜环与苯胺系列衍生物客体的相互作用强弱、作用比例以及作用模式与体系的酸度密切相关: 在“高”或“低”pH条件下, 未观察到瓜环与这些客体的明显作用; 在介于“高”与“较高”或“低”与“较低”的pH范围, 瓜环与这些客体发生相互作用, 形成1∶1的包结配合物; 而在介于“较高”与“较低”的pH范围, 瓜环与这些客体发生相互作用, 可形成1∶2的包结配合物. 对于不同的瓜环-客体作用体系, 相应的pH范围各不相同. 本文利用简便的实验方法, 测试了这些pH值及其范围. 根据测定的结果, 结合瓜环以及客体的结构特征, 对体系主客体在不同的酸度区域表现出的不同作用模式进行了探讨.     

基于溶剂原位傅克偶联反应合成杯芳烃有机多孔网络(CalixPOF)及其染料吸附特性

利用1,2-二氯乙烷(DCE)同时作为溶剂和偶联剂,通过溶剂原位傅克偶联反应合成杯芳烃有机多孔网络(CalixPOF)。采用红外光谱(FT-IR)和固体核磁碳谱(13 C-NMR)对CalixPOF的组成和分子结构进行了表征,验证了溶剂原位Friedel-Crafts偶联反应机理。采用氮气吸附、扫描电镜(SEM)、热重(TG)和紫外可见光谱(UV-vis)研究了CalixPOF的比表面积、微观结构、热稳定性和染料吸附效率等性能。结果表明:利用简单的溶剂原位傅克偶联反应可得到热稳定性良好、比表面积较大、可选择性吸附亚甲基蓝染料的CalixPOF,为自具主客体微腔的新型多孔聚合物网络的合成提供了新方法。     

基于偶氮功能基的光控超分子组装

偶氮类化合物是一类具有合成简单,异构化速率和转化效率高,耐光漂白的反式-顺式(E/Z)光异构化化合物。由于其光异构特性及其可以与大环主体形成稳定包合物,偶氮类化合物在许多领域展现出巨大的应用潜力。在本篇综述中,我们介绍了近年来偶氮功能基修饰的单环糊精、偶氮苯桥联双环糊精、冠醚衍生物以及偶氮类芳香大环化合物等作为主体,或偶氮苯及其衍生物为客体通过主客体相互作用构筑的光刺激响应的超分子组装体系在拓扑形貌调控、药物传递、智能材料等方面的设计原理、组装机理、应用和发展趋势。同时,我们也讨论了此类超分子组装体发展所面临的机遇和挑战,并希望可以进一步促进智能超分子组装体系的发展。     

四苯乙烯衍生物与大环主体在主客体相互作用下的聚集诱导发光

具有聚集诱导发光性质化合物的发展不仅很大程度上解决了传统有机分子发色团在高浓度、固态或者薄膜等形式的聚集状态下荧光猝灭的问题,而且扩展了有机发色团在荧光探针、传感器以及细胞成像等方面的应用。其中,四苯乙烯及其衍生物作为具有聚集诱导发光性质的典型化合物已被广泛应用在材料化学、生物化学等相关研究领域。受此启发,超分子化学家也将这类具有聚集诱导发光性质的四苯乙烯及其衍生物作为研究对象引入到超分子化学的领域,特别是利用大环主体与四苯乙烯客体通过主客体相互作用有效地限制了荧光客体分子的分子内转动或运动,增强了这类超分子体系的发光强度,并为其在刺激响应性传感器、智能探针等方面提供了新思路。本文总结了近年来涉及四苯乙烯衍生物与大环主体通过主客体相互作用形成聚集诱导发光超分子体系的发展,并按照大环主体进行分类简要介绍其应用。