基于氢键的分子自组装结构设计、制备及动力学过程研究

利用已知的分子官能团之间的弱相互作用(如氢键)实现可控地设计和制备同种或异种分子构成的自组装结构是近期的分子自组装研究热点之一。与此同时，自组装过程形成何种最终具体结构是与组装过程中分子的具体动力学过程紧密相关的。本申请一方面拟主要利用超高真空中环境下的扫描隧道显微镜研究、探索氢键作用下的几类分子自组装结构的设计、调控和制备；另一方面拟主要关注乃至测定研究组装过程中不同的生长温度(15K到室温)、不同生长速度下的分子自组装过程中的一些重要动力学参数(如临界核的尺寸、表面扩散常数、吸附能等)。以期深入了解若干氢键分子自组装体系的具体动力学行为，为进一步理解、利用氢键自组装体系的性质，乃至为实验测定分子间弱相互作用提供知识储备。

利用已知的分子官能团之间的氢键实现可控地设计和制备结构和对称性可控的自组装结构是近期分子自组装研究的核心内容之一。这类组装过程中氢键的具体结构类型是影响组装结构的核心因素，同时，具体的自组装体系最终能否形成有序的组装结构以及形成何种组装结构是与组装过程中发生的具体的分子动力学过程紧密相关的。本项目利用超高真空环境以及大气环境下的扫描隧道显微镜研究了氢键作用下的几类分子自组装结构的设计、调控和制备以及动力学过程。发现了一种通过调节组装体系中强弱氢键的比例有效调控自组装结构晶格对称性的方法，实现了利用相同的分子构建不同的分子组装结构的目的；尤其重要的是发现了首例在液固界面上催化过程对组装动动力学过程具有重要影响的组装体系(Di-Pyridyl Polyaromatic Molecules)，阐明了该体系中质子自催化过程对组装结构形成的快慢(小时量级时间内能否形成组装)乃至具体的组装结构类型所起到的核心作用。这些结果为后继自组装体系的设计、制备提供了良好的实验基础。