分子凝胶中有机化合物的结晶机制

Molecular gel is a typical soft material which forms 3-D entangled networks via supramolecular interactions between low molecular wight gelators, entrapping and immobilizing solvent molecules. The gelator structure and solvent nature of molecular gel are simple and changeable and molecular gel commonly exhibits a sol-gel phase reversible behavior under some physical or chemical stimulus. It was shown that molecular gel is a novel and potential medium for organic crystallization, e.g., defect-free crystals, and energetic material production, etc., but there are only a few works about it at the present. On the basis of theories of polymer gel crystallization, the project is to use low molecular weight transparent gels as a media for the templated growth of molecular organic crystals to explore space confinement effect, coupling effect, solvent effect and temperature effect on molecular organic crystallization and their crystal characteristics by choosing transparent molecular gels from the research group and model organic compounds matching the bulk solvent in crystallization. Typical experiments will be carried out to reveal the effect mechanism of organic crystallization in molecular gels, which will enrich the theory and method of organic crystallization in molecualr gels.

不同于传统的化学凝胶，分子凝胶是以小分子化合物为胶凝剂，通过超分子弱相互作用而形成，具有类型多样、溶剂适应性强等突出优点，特别是当受到物理或化学刺激时表现出明显的相态变化，在无缺陷晶体培养与含能材料制备等方面具有潜在的应用价值。然而，分子凝胶作为新型结晶介质的相关研究报道很少。本项目以高分子凝胶结晶理论为基础，围绕分子凝胶介质中结晶过程所涉及的"空间限域效应"、"耦合效应"、"溶剂效应"与"温度效应"诸多因素，选取课题组业已成熟的一系列典型的透明分子凝胶为结晶介质，以具有在胶凝溶剂中结晶行为匹配的有机化合物作为待结晶对象，通过典型的实验设计与实施，期望揭示分子凝胶介质中有机化合物的结晶规律以及多种效应的影响机制，丰富分子凝胶结晶理论与方法。

在国家自然科学基金委员会的支持下，在过去的四年里，刘凯强研究员的研究小组按照“分子凝胶介质有机化合物结晶机制”项目申请书所提出的研究任务，主要开展了以下几个方面的研究工作：（1）以脂肪叔胺、吡啶、脲基、胆固醇等为基本结构单元，设计制备了二十余种结构各异的小分子胶凝剂；（2）通过胶凝浓度与溶剂筛选等手段，获得了一系列色泽透明的分子凝胶与凝胶乳液；（3）利用分子凝胶的空间限域效应，实现了多种有机半导体的结晶。进一步根据溶液法一维富勒烯晶体的生长机制，建立了凝胶介质中长度与直径可控的一维富勒烯晶体生长新策略，所获晶体表现出优异的光电性能；（4）基于可逆共价键的形成规律，建立了硼酯键类、酰腙键等可逆共价键分子凝胶体系，实现了集于高韧性、刺激响应性与自修复于一身的可逆共价键分子凝胶体系，筛选合适的凝胶以此作为纳米金属晶体生长的新介质，并建立了汞离子可视化传感的新方法；（5）凝胶乳液被证明并非良好的结晶介质，但利用其乳液结构的模板作用，合成制备了近20种具有不同内相结构的低密度刚性或柔性材料，其中部分体系对PM、多种有机溶剂与油类等物质表现出高效的吸附性能；（6）作为合作工作，基于空间限域等制备策略，合作发展了多种无机半导体晶体生长新方法；以溶菌酶蛋白质溶胶为介质，合作制备了具有“核-壳”结构的蛋白质纳米介晶体；（7）搭建流变仪有效测量分子凝胶原位制备装置，为胶凝溶剂易挥发、凝胶形成时间较长等分子凝胶流变学测量提供了有力的保障。. 项目执行期间，申报发明专利4件，实用新型专利1件，获批发明专利3件，实用新型专利1件，发表研究论文13篇，荣获陕西省科技成果一等奖1项。培养硕士研究生4名（其中1名已赴意大利留学攻读博士学位）、联合培养硕士研究生1名。