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利用表面活性劑輔助的自組裝技術實現了卟啉納米結構的可控組裝和理化功能的調控

    利用自組裝技術在超分子層上實現有機功能分子的可控自組裝，并進一步實現其功能的調控，是目前超分子化學、納米科技、材料科學等領域的重要課題。卟啉化合物作為一類重要的功能染料分子，由于其獨特平面型分子骨架特征、良好的共軛體系等特征而成為超分子化學中最為優(yōu)良的構筑基元之一。目前研究者已經在卟啉分子納米結構的逐級組裝方面取得了豐碩的研究成果和積累。表面活性劑輔助的組裝技術融合了膠體化學與分子組裝的優(yōu)點而備受關注。考慮到卟啉類化合物在非極性或小極性溶劑中往往具有良好的溶解性，其在油/水體系中的組裝可能為研究者提供卟啉分子組裝更為豐富的信息。

    近幾年，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中國科學院化學研究所膠體、界面與化學熱力學院重點實驗室一直致力于功能單元的設計與界面的超分子組裝。最近，研究人員在金屬卟啉的可控組裝、多維高級結構和超分子手性研究方面取得了新進展，成果近期發(fā)表于《美國化學會志》上（J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9644–9652）。

    研究發(fā)現，將一種鋅卟啉（ZnTPyP）的氯仿溶液滴加到CTAB的水溶液中，通過調整溶液的濃度或熟化時間，可以可控得到空心納米球、實心納米球、納米管、納米棒或納米纖維等超分子納米結構。另外，通過簡單的澆注方法，可以將所獲得的納米棒在數十微米范圍內進一步組裝成單層或多層具有平行排列特征的規(guī)則納米陣列結構，而其他納米結構則不能形成類似的陣列結構。通過圓二色譜數據的研究表明，盡管體系中所使用的表面活性劑和卟啉均為非手性化合物，但通過該方法所得到的納米棒卻能表現出來明顯的光學活性，而其他結構則不能表現出光學活性信號。

    該課題組前期研究已經發(fā)現非手性的兩親分子可以通過氣/液界面的二維組裝形成超分子手性的薄膜，并揭示了其普遍性（J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5051; J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1322; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2756; Chem. Eur. J. 2008, 14, 1793）。此項研究進一步表明，這種對稱性破缺過程在液液界面也能夠發(fā)生，為理解和揭示超分子體系中超分子手性的起源提供了基礎。