苝酰亚胺分子构筑超分子纳米纤维空间网状结构及其在气体传感器中的应用

The applicant proposed to self-assemble 3D spatial supramolecular porous network by using perylene imide derivatives in solution system and the process is controllable by tuning the thermodynamics and dynamics process. We propose for the first time that two types of perylene imide derivative molecules with different side chains or substituent groups at bay area are to be employed in the same self-assembling process. One of them makes sure the presence of π-πstacking forming supramolecular structural skelecton and the other one creates a local torsional angle to form an inflection point for the 1D nanostructure. The uniform blending of the binary molecules in solution can lead the randomness of the inflection points, forming nodes in the spatial supramolecular porous network. The shape and size of the porous holes can be controlled by changing the molecules ratio, solvent ratio and assembly method. Besides, the spatial supramolecular porous network is helpful to fully use the as-formed nanostructure. In addition, the porous structure can enhance the absorption of gas, which is an effective way for supplementary of electrophilic substituent groups to enhance the sensitivity of gas sensor devices.

本项目提出在溶液体系中通过控制苝酰亚胺衍生物分子的热力学过程和动力学过程实现在二维或三维方向使分子自组装得到空间网状多孔的超分子结构。首次提出在自组装过程中引入具有不同侧链或者苝湾取代基的两种分子同时参与超分子结构自组装过程。其中一种分子保证分子间π-π堆积以形成超分子结构骨架，另外一种分子通过其不同的取代基造成局部的不共平面性而形成一维纳米结构取向的拐点。两种分子充分均匀共混，造成拐点的随机出现，而形成空间网状超分子结构的节点。通过改变两种分子组分的比例，改变溶液体系中溶剂的比例和选择合适的自组装方法来控制空间网状结构的网孔形状和大小。该空间网状多孔超分子纳米纤维在气体传感器中可提高纳米结构的利用效率，而多孔结构的存在能够提高对气体的吸附能力，可作为对吸电子取代基提高器件灵敏度的有效补充。

本项目通过在溶液体系中控制苝酰亚胺衍生物分子的热力学过程和动力学过程实现分子自组装得到超分子结构形成纳米纤维。选用了不同的苝酰亚胺衍生物分子，发现苝湾取代基的大小直接影响分子自组装过程中的空间位阻，对于最终的纤维成型具有直接的影响。空间位阻过大，削弱分子间π-π堆积的作用力，难以形成有效的自组装。而侧链和苝湾取代基的配合可以保证溶解性的同时降低空间位阻的影响，适当调节溶液体系中良性和不良溶剂的比例也可以形成纳米纤维。除此之外，项目中还开展了基于酰胺盐的塑晶态电解质的改良性研究。通过增加电解质中锂盐的浓度抑制金属电极在高电压下的腐蚀，通过提高锂盐与丁二腈的比例降低了体系的玻璃化转变温度增强低温状态下的离子电导率。同时利用自组装超结构实现了非化学染色的颜色可调。