作為自然界中最常見(jiàn)的現(xiàn)象之一,分子自組裝是能夠通過(guò)非共價(jià)作用形成從納米級(jí)到微米級(jí)的有序聚集體,在開(kāi)發(fā)新結(jié)構(gòu)、新功能材料方面有著巨大的潛力。傳統(tǒng)自組裝光控技術(shù)以光化學(xué)手段為主,通過(guò)光照后的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化作為調(diào)控的基礎(chǔ)。然而,這種光控技術(shù)受光反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和副反應(yīng)等因素的制約,給自組裝結(jié)構(gòu)與功能的原位調(diào)控帶來(lái)了局限性。開(kāi)發(fā)精確高效的新型自組裝光控技術(shù)對(duì)于調(diào)控材料的多尺度結(jié)構(gòu)、有序性及相應(yīng)功能具有重要的科學(xué)意義。
圖 1. 基于光化學(xué)反應(yīng)的傳統(tǒng)分子自組裝光控技術(shù)
從分子的激發(fā)態(tài)角度進(jìn)行調(diào)控是一種基于光物理過(guò)程的操縱方法,充分利用分子的激發(fā)態(tài)來(lái)驅(qū)動(dòng)材料整體的分子組裝,并在此基礎(chǔ)上原位調(diào)控有機(jī)/高分子材料的多尺度結(jié)構(gòu)、有序性及相應(yīng)功能。這種自下而上的物理性的自組裝光控技術(shù),是基于光照使分子在激發(fā)態(tài)下發(fā)生構(gòu)象改變(但不改變化學(xué)結(jié)構(gòu)) 并驅(qū)動(dòng)分子聚集,從而帶動(dòng)整個(gè)材料體系協(xié)同組裝或相變。與光化學(xué)反應(yīng)相比,這種物理性的光控過(guò)程,既能發(fā)揮光的輻照優(yōu)勢(shì),又能從源頭上規(guī)避傳統(tǒng)光化學(xué)手段中的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和副反應(yīng)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)激發(fā)態(tài)的直接利用。
圖 2. 激發(fā)態(tài)構(gòu)象變化的物理性自組裝光控技術(shù)
圖 3.基于PEIA策略構(gòu)筑多硫芳烴自組裝體系示意圖
近日,復(fù)旦大學(xué)朱亮亮團(tuán)隊(duì)應(yīng)邀為《Accounts of Chemical Research》撰寫(xiě)綜述,系統(tǒng)地總結(jié)了激發(fā)態(tài)調(diào)控實(shí)現(xiàn)分子自組裝(PEIA)策略。作者首先評(píng)論了光驅(qū)動(dòng)自組裝所面臨的問(wèn)題。然后總結(jié)了實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)關(guān)于PEIA方面的研究進(jìn)展。以多硫芳烴及其衍生物為研究對(duì)象對(duì)這類分子的光激發(fā)運(yùn)動(dòng)、聚集及自組裝行為進(jìn)行了研究。通過(guò)一系列的研究工作,實(shí)現(xiàn)了光激發(fā)誘導(dǎo)組裝策略在溶液、晶體生長(zhǎng)和薄膜中的可操控性。此外,還實(shí)現(xiàn)了光激發(fā)誘導(dǎo)的多硫芳烴的自組裝可以協(xié)同驅(qū)動(dòng)各種嵌段共聚物體系中的分子運(yùn)動(dòng)和相變過(guò)程。最后作者對(duì)PEIA未來(lái)的發(fā)展提出了展望。作者希望該綜述中提出的PEIA策略能夠促進(jìn)基于激發(fā)態(tài)構(gòu)象實(shí)現(xiàn)自組裝分子體系的開(kāi)發(fā),推動(dòng)超分子化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.2c00818
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