【材料】分子“华容道”中卟啉取向选择性的研究- 大数跨境

X-MOL资讯

2023-10-17

导读：近日，同济大学的许维团队利用STM横向操纵技术在单分子尺度上研究了自组装结构中卟啉分子的取向选择性。

有机自组装材料近些年来在诸多领域得到了广泛应用，在微观尺度研究分子的组装行为对于该领域的进一步发展十分重要。近日，同济大学的许维团队利用STM横向操纵技术在单分子尺度上研究了自组装结构中卟啉分子的取向选择性。

有机分子在自组装结构中的取向直接影响有机材料的性能。因此，在单分子尺度上精确识别和控制有机分子的取向对于理解自组装机理并发展先进有机功能材料具有重要意义。传统的谱学方法可以区分平行或垂直于薄膜平面的分子取向，并实现分子平均取向的监测，但是无法表征单个分子的具体取向。在此方面，扫描探针显微镜（SPM）则提供了一种在单分子尺度上表征有机分子在表面上具体取向的强大手段。另外，SPM操纵技术能够可控地诱导孤立分子在表面的运动，从而精准控制该分子的取向。然而，到目前为止，在组装结构中的分子取向选择性仍未可知。因此，通过构建不同的分子环境来研究分子间相互作用对于有机分子取向选择性的影响是非常重要的，可以进一步推动功能化的有机纳米器件的发展。

同济大学团队利用STM横向操纵技术构建了含多种局域分子环境的“华容道”模板，揭示了分子间相互作用对卟啉分子的取向选择性的影响（如图1所示）。在对目标分子操纵之后，分子会发生不同的位移运动，结果发现目标分子的取向始终与邻边分子的取向保持垂直正交关系，说明了局域的分子环境是实现分子取向选择性的关键。

图1. 在不同孔洞的“华容道”模板中的分子取向选择性。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

另外，文章还研究了分子发生取向转变的机制及过程，提出了分子旋转和构象转变这两条可能的路径。通过在不同“华容道”环境中操纵含缺失吡啶环的特殊标定分子，这两种路径在实验上都得到了验证。并且，对于取向转变的发生时间，无论分子先改变取向或者先进行扩散，其决速步的能垒都非常相近，所以两种情况都有可能。

图2. 不同局域分子环境下取向转变的可能路径。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是同济大学博士研究生易泽伟。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Revealing the Orientation Selectivity of Tetrapyridyl-Substituted Porphyrins Constrained in Molecular “Klotski Puzzles”

Zewei Yi, Yuan Guo, Rujia Hou, Zhaoyu Zhang, Yuhong Gao, Chi Zhang, and Wei Xu

J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c03777

通讯作者信息

张弛，同济大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，国家级和上海市高层次青年人才计划入选者。长期致力于固体表面相关的物理化学基础研究，主要利用超高真空扫描探针显微镜结合密度泛函理论计算，在表面分子组装过程和表面化学反应的机制机理、低维纳米结构的制备与性质表征等方面进行了系统和深入的探索，取得了多项重要的创新性成果。在包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano等材料、化学及纳米领域知名权威期刊发表相关学术论文40余篇。

许维，课题组负责人，同济大学材料科学与工程学院教授、博导、院长。2021年获国家杰出青年科学基金，2016年获优秀青年科学基金，2012年受聘上海特聘专家，2008年在丹麦奥胡斯大学物理系获得博士学位。其领导的团队主要利用扫描探针显微镜（SPM）相关技术结合理论计算开展表面物理化学前沿研究，在表面分子组装、表面分子反应、表面精准合成等方向进行了系统和深入的探索，取得了多项创新性成果。已在本领域知名权威杂志上发表学术论文100余篇，包括Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Adv. Mater.等30余篇。论文共计被引用>3000次。

https://www.x-mol.com/university/faculty/17071

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