有机三维分级纳米结构的超分子自组装及光电性质研究

Organic low-dimensional nanomaterials have been attracted widespread attention because of its unique structure and excellent optoelectronic properties. Hierarchical nanostructures composed of low-dimensional structures such as nanorods, nanowires and nanosheets will be demanded for the miniaturization and integration of optoelectronic devices. This project aims at the controlled synthesis of organic three-dimensional hierarchical nanostructures through simple supramolecular self-assembly. The molecular structure is rational design combined with supramolecular chemistry and crystal engineering. To predict the trend of molecular aggregation in supramolecular assembly process, the intermolecular weak interactions are controlled by theoretical calculation. We study the photophysical processes and charge and energy-transfer processes between building blocks. Importantly, a miniaturized optoelectronic device based on hierarchical nanostructures is constructed. How to control the weak interactions and the self-assembly behavior of molecules will be investigated systematically to reveal the formation mechanism of organic hierarchical nanostructures. Mechanism of ordered self-assembly behavior will be studied by varieties of characterizations to achieve multi-level dynamic control of multi-component assembly procedures. Thus, organic hierarchical nanostructures are controllable self-assembly by "bottom-up" technology and further develop multi-functional integrated photovoltaic device, which has important theoretical and practical significance.

有机低微纳米功能材料因其独特的结构和优良的光电性能受到广泛关注，随着光电器件微型化、集成化程度的提高，人们希望将纳米棒、纳米线以及纳米片等低维纳米结构组成三维分级纳米结构。本项目拟发展简单的液相超分子自组装技术，结合超分子化学与晶体工程学，理性选择设计分子结构，调控分子间相互作用，预测超分子组装过程中分子聚集态的趋向，可控制备出功能化有机分级纳米结构，并研究这些分级结构不同结构基元之间的光物理过程以及电子、能量转移过程，并基于分级纳米结构构筑微型化光电器件。研究如何调控构筑基元分子之间多重弱相互作用，分析多元体系在液相中分子的分级有序组装行为，揭示超分子相互作用对有机分级纳米结构形成的影响规律，实现协同效应和多层次、多组分程序化组装的动态控制。因此，通过“自下而上”的自组装技术实现分子的有序可控组装，控制合成有机分级纳米结构，进一步构建多功能集成光电器件具有重要的理论和现实意义。

随着光电器件微型化、集成化程度的提高，人们希望将纳米棒、纳米线以及纳米片等低维纳米结构组成三维分级纳米结构。这种分级结构不仅具备单一组装单元拥有的结构特点，而且表现出新的甚至更高的物理化学性质，对进一步构建多功能集成光电器件具有重要的理论和现实意义。申请人开展了光电功能有机低维结构的构筑及光电性能的研究。以发展新的超分子自组装方法为突破口，在构筑尺寸、形貌、聚集态结构可控的低维结构的基础上，完善了液相超分子自组装技术，结合超分子化学与晶体工程学，揭示了超分子组装过程中分子聚集态的趋向，进一步发展了分子分级自组装的方法。通过理论计算和模拟将合适的主体分子和客体分子进行匹配，探讨了分子之间的相互作用和晶格参数匹配度在自组装过程中的作用，建立了一套相对完备的关于复合结构形成机理和控制条件的理论基础。同时探讨了纳米材料的介观特性及其在光电器件以及催化方面的应用。