离子相互作用驱动的表界面双组分组装结构构筑

静电现象是生活中一种非常常见的自然现象，而静电相互作用则是静电现象产生的本质原因。这类相互作用往往在金属离子与非金属离子之间形成，具有无方向性与无饱和性的特点。那么，有无可能将静电相互作用作为主要驱动力，应用于常见的表界面双组分超分子体系的构筑？近日，中国科学院化学研究所万立骏（点击查看介绍）、王栋（点击查看介绍）研究组通过在两种卟啉功能分子中分别引入带相反电性的官能团，成功构筑了离子相互作用驱动的二维双组分棋盘组装结构。

表界面多组分超分子组装结构的可控构筑一直是纳米技术与表面科学的基本问题之一。通过巧妙的结构设计，人们已经在固体表面成功地应用氢键、卤键与范德华力等相互作用构筑了一系列多组分超分子组装结构。然而，以静电相互作用作为驱动力来构筑表界面多组分结构却一直鲜有报道。离子相互作用作为一类重要的静电作用，在表界面分子组装中方面扮演着重要的角色。在表界面上研究离子作用驱动的自组装过程，可以为二维多组分超分子结构的构筑提供新途径。已有的研究主要关注在离子液体以及含金属离子的络合体系，很少有人利用离子相互作用作为驱动力实现多组分有机分子的组装。

图1. 离子相互作用构筑二维双组分棋盘组装结构的示意图与STM图像

因此，研究组从有机分子功能化的角度出发，通过分子修饰，在两种卟啉分子中分别引入带相反电性的官能团，借助分子之间的离子相互作用，成功构筑了离子相互作用驱动的二维双组分棋盘组装结构。如图1所示，在水溶液中带正电的铁卟啉衍生物FeTMPyP与带负电的四取代卟吩衍生物TSPP，在Au(111)表面上组装形成了二维有序的畴区。有序畴区中，FeTMPyP与TSPP分子以1:1的比例交替出现，形成类似棋盘形状的二维有序组装结构。进一步理论计算结果显示，在该体系中，静电相互作用能对整个体系分子相互作用能的稳定起到了主要作用，是棋盘结构形成的主要驱动力。

该研究结果表明，离子相互作用同样可以作为二维超分子组装体系的驱动力，应用于表界面双组分单层结构的构筑，这也为二维多组分纳米结构与纳米器件的设计与构筑提供了一种新的思路。

相关结果发表在Chemical Communications 上。

该论文作者为：Zhen-Feng Cai, Ting Chen, Jing-Ying Gu, Dong Wang, Li-Jun Wan

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Ionic-interactions-induced assembly of bimolecular "chessboard" structure

Chem. Commun., 2017, 53, 9129-9132, DOI: 10.1039/C7CC03625F

导师介绍

万立骏

http://www.x-mol.com/university/faculty/15504

王栋

http://www.x-mol.com/university/faculty/15506