基于刚性芳炔硫醚模板的纳米团簇尺度和形态控制

纳米自组装团簇的尺度和形态控制是纳米科学领域备受关注的研究内容，也是实现纳米理论向应用转化的重要手段之一，在医用纳米材料、团簇催化剂、微型分子器件、分子识别以及生物传感等方面具有广泛的应用前景。本课题拟从两方面开展研究：(i) 根据纳米粒子表面和媒介分子间的相互作用原理，周密地从分子的几何形状、大小、功能基数目、共轭特征以及柔性和刚性等因素出发，展开功能分子的设计与合成；(ii) 围绕功能分子的整体特征系统地开展媒介分子对组装体尺度和形态的控制行为研究。重点考察媒介分子对粒子间距的调控机制以及吸着在金属基质表面的不同分子对粒子的会合方式和聚集数的影响，揭示媒介分子的结构与调控性能之间的内在关系，建立能有效预测控制团簇尺度和形态的分子设计模型。开展这项研究不仅能丰富合成化学的内容，对纳米科学和相关应用技术的发展也有重要的理论和现实意义。

纳米金自组装团簇的尺度和形态控制是纳米科学领域备受关注的研究内容，作为实现纳米理论向应用转化的一项重要技术，它在医用纳米材料、团簇催化剂、微型分子器件、分子识别以及生物传感等方面具有广泛的应用前景。然而，目前使用的自组装媒介分子绝大多数是具有柔性骨架的脂肪硫醇或硫醚类化合物，而且围绕功能物质的形状、尺度、功能基数以及柔性和刚性等诸因素系统地考察团簇组装的研究并不多见。本课题主要围绕两个方面开展研究：(i) 自组装芳炔硫醚功能分子的合成；(ii) 功能分子对团簇尺度和形态的控制。本研究主要取得了如下成果：(i) 开发了简单有效的末端功能砌块，如芳炔硫醚(Ar-C≡C-SR)／芳二炔硫醚(Ar-C≡C-C≡C-SR)／二芳炔硫醚(Ar-C≡C-S-C≡C-Ar)的一锅合成新方法，并对这些方法申请了专利保护；(ii) 通过不同的末端功能砌块与各种芳炔连接砌块的偶联，实现了几何形状、尺度大小及功能基数迥异的多头官能基芳炔硫醚功能分子(包括“线型”、“V”型、“X”型、“Y”型、“四面体”型、“三角锥”型以及一些修饰的杯芳烃分子)的合成；(iii) 考察了媒介分子控制团簇尺度和形态的作用机制、行为和效果。本研究已在自组装纳米团簇的尺度控制方面取得了重要进展，能够方便地利用不同的功能分子获得50~1000 nm的纳米金团簇。此外，还发现某些V型芳炔硫醚对团簇的形状有所控制，可得到呈不规则六边形的纳米金团簇。