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化学所在表面分子纳米结构构筑研究领域取得系列研究成果
2005-03-08 | 编辑:clone | 【 】【打印】【关闭

利用分子间以及分子与基底间的相互作用,通过自组装的方法在固体表面构筑分子纳米结构是纳米科技的重要研究领域,涉及分子科学的基本问题,有望利用该技术制造出全新的纳米材料和分子器件,具有重要的应用前景。其中,金属配合物的表面自组装,是表面分子纳米结构构筑的重要前沿领域。过渡金属与多官能团配体通过配位键驱动和引导可以形成具有均一尺寸和特定形状的金属-有机大环分子,且功能丰富。合成化学家已设计合成了具有特定对称性,如三角形,正方形,六边形等的多种金属配合物分子体系。此类配合物因具有特定的尺寸、形状和丰富的功能,是制备纳米结构的理想基元材料。

  在国家自然科学基金委、科技部以及中科院的支持下,化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室白春礼院士和万立骏研究员领导的研究组先后研究了有机分子和有机分子复合物在各种固体表面的组装,在表面分子纳米结构构筑研究领域取得了系列研究成果,代表性工作有Au(111)表面成功构筑的杯[8]芳烃和C60复合物的有序阵列。相继发表在Angew. Chem. Int. Ed.J. Phys. Chem. B等杂志。

  最近,该研究组与美国犹他大学的Peter J. Stang教授合作,在石墨和Au(111)晶体表面,于大气和溶液等不同条件下,成功构筑了铂金属配位的长方形配合物分子纳米结构,并利用电化学扫描隧道显微镜(STM)详细研究了自组装形成的铂金属-有机长方形金属配合物分子阵列的结构.研究了不同基底对自组装分子纳米结构的影响。

  研究发现,这一长方形配合物分子可以自发地吸附在高定向裂解石墨及Au(111)表面上,并形成超分子有序阵列。在石墨表面,分子垂直排列,形成分子间平行排列的二维网格结构(图2)。与石墨不同,在Au(111)表面,分子采取与基底平行的位向,形成线型链状结构(图3)。研究结果表明,由于分子与不同基底的相互作用明显不同,可以利用该相互作用进行表面纳米结构的调控,利用基底可诱导该金属-有机长方形分子的取向,得到的有序表面分子结构稳定,有望用做分子器件的构造基元。同时通过对比不同结构,进一步加深了对分子与基底,分子间相互作用,分子与不同基底间的位向关系的理解,为表面自组装理论的发展提供了实验证据。

  该研究结果发表于近期的美国科学院院刊 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102(4), 971-974)

图1. 金属-有机长方形配合物分子的结构式

图2. 金属-有机长方形超分子化合物在石墨表面的自组装STM图像


图3. 金属-有机长方形超分子化合物在Au(111)表面的自组装STM图像

 

                                                    分子纳米结构与纳米技术院重点实验室

                                                        2005年3月8日

 

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