有機(jī)分子基底和無(wú)基底上的自組裝

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1、有機(jī)分子的自組裝總綱引言1.分子自組裝簡(jiǎn)介2.近年來(lái)有關(guān)分子（或多分子）自組裝的研究?jī)?nèi)容3.概述在四類基底作用下的有機(jī)分子自組裝4.有關(guān)有機(jī)分子組裝的利用價(jià)值，前景和國(guó)家的預(yù)期目標(biāo)引言：有機(jī)分子自組裝的研究發(fā)展在大多數(shù)科學(xué)領(lǐng)域，有機(jī)分子組裝都是一個(gè)比較新穎的課題；在最初的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，由于此方面的研究對(duì)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件等的要求都很高，以及研究及應(yīng)用的前景的不甚明晰，一些機(jī)構(gòu)組織對(duì)有機(jī)分子自組裝方面的研究并不重視。踏入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著納米仿生及太陽(yáng)能催化制氫的的聚焦，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了有機(jī)分子在自組裝的極大應(yīng)用及研究

2、價(jià)值。特別近幾數(shù)年來(lái)，隨著納米材料，醫(yī)藥有機(jī)分子材料，仿生材料，分子聚集體，生物膜模擬及人工酶催化體系等方面研究的加速發(fā)展，分子組裝成了研究新材料，發(fā)掘新課題的重要途徑，進(jìn)而這一方面的研究也一步步踏上日程，向世人展示出其極大的發(fā)展空間及研究余地。從最初的金屬基底金屬氧化物基底自組裝，到現(xiàn)在的半導(dǎo)體無(wú)極晶體基底有機(jī)分子自組裝，有機(jī)分子自組裝一步步走入人們的視野。1.有機(jī)分子的自組裝簡(jiǎn)介定義：自組裝(self-assembly)為系統(tǒng)之構(gòu)成元素(components；如分子)在不受人類外力之介入下，自行聚集、組織成規(guī)則

3、結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，例如分子的結(jié)晶即是一種自組裝現(xiàn)象。有機(jī)分子的自組裝則是指有機(jī)分子在熱平衡的條件下,通過(guò)化學(xué)鍵或弱相互作用自發(fā)形成熱力學(xué)穩(wěn)定有序膜的方式。自組裝的有序性變化自組裝程序的發(fā)生通常會(huì)將系統(tǒng)從一個(gè)無(wú)序(disordered)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化成一個(gè)有序(ordered)的狀態(tài)，其可以發(fā)生在不同的尺度，例如分子首先聚集成納米尺寸的超分子單元(supramolecularunit)；如界面活性劑分子自組裝成微胞；這些超分子單元間的作用力進(jìn)而促使其在空間上做規(guī)則的排列(如微胞排列成體心立方之晶格)，而使系統(tǒng)具有一種階級(jí)性結(jié)構(gòu)

4、(hierarchicalstructure)對(duì)有機(jī)分子而言，這種“無(wú)序”到“有序”的自組裝過(guò)程廣泛的存在于生命體系中,并且在生命體中起著重要的作用。簡(jiǎn)例與意義舉例來(lái)說(shuō)，生物體的細(xì)胞即是由各種生物有機(jī)高分子自組裝而成；而運(yùn)用各種分子之自組裝亦是建構(gòu)納米材料非常重要的方法，分子組裝中常用到的由下而上（bottom-up）的方法目前被廣泛應(yīng)用來(lái)制備具光、電、磁、感測(cè)以及與催化功能的納米材料。在具體研究上，有機(jī)分子自組裝一方面對(duì)于揭示生命現(xiàn)象、擴(kuò)展化學(xué)理論等具有重要的理論意義;另一方面它在仿生材料合成、凝聚態(tài)物理、結(jié)構(gòu)化

5、學(xué)、微電子學(xué)、生物膜等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。額鑒于此,對(duì)有機(jī)分子自組裝的研究是目前化學(xué)家十分感興趣的一個(gè)課題，由于其設(shè)計(jì)面極廣，物理學(xué)家和生物學(xué)家在這方面也頗有研究。2.近年來(lái)有關(guān)分子（或多分子）自組裝的研究?jī)?nèi)容（主要有兩大類）A.多分子自組裝體化學(xué)方面較為新穎，還有一些技術(shù)不夠成熟概述：分子聚集體化學(xué)是化學(xué)發(fā)展的新層次。分子聚集體化學(xué)以分子之間的弱相互作用及其協(xié)同效應(yīng)為基礎(chǔ)，自組裝是創(chuàng)造具有新穎結(jié)構(gòu)和功能的有序分子聚集體的重要手段。分子聚集體的化學(xué)為實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的知識(shí)創(chuàng)新提供了契機(jī)，同時(shí)它與物理、生物、材料等學(xué)

6、科交叉融合，而成為產(chǎn)生新概念和高技術(shù)的重要源頭之一。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題1.多層次、多組分的分子自組裝及組裝動(dòng)態(tài)過(guò)程2.分子間弱相互作用的加合性、協(xié)同性和方向性3.分子聚集體中的電子轉(zhuǎn)移、能量傳遞和化學(xué)轉(zhuǎn)換研究?jī)?nèi)容1.分子間相互作用的協(xié)同效應(yīng)與自組裝原理：通過(guò)多識(shí)別位點(diǎn)單體的組裝，闡明分子間相互作用的加合性、協(xié)同性和方向性，建立二維及三維空間分層次組裝的有效原理和方法。2.多層次、多組分的界面分子組裝與功能：致力建立多級(jí)界面分子組裝方法，研究溶液中的有序組裝體在界面轉(zhuǎn)化的規(guī)律及其動(dòng)態(tài)形成過(guò)程和解組裝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多組分

7、、多層次的功能組裝體構(gòu)筑。3.超分子復(fù)合物體系組裝及組裝過(guò)程：基于各種弱相互作用組裝形態(tài)和性質(zhì)各異的超分子復(fù)合物，實(shí)現(xiàn)由超分子復(fù)合制備功能超分子材料。4.分子聚集體中的電子轉(zhuǎn)移、能量傳遞和化學(xué)轉(zhuǎn)換：研究分子聚集體中的電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞，為太陽(yáng)能光催化制氫提供依據(jù)；研究分子聚集體中的化學(xué)轉(zhuǎn)化，為提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性提供新的途徑。5.分子組裝體的手性及功能性手性組裝體：研究分子組裝體中的手性問(wèn)題，并創(chuàng)造具有手性放大、手性傳遞、手性記憶等功能的手性組裝體。6.生物膜模擬與人工酶：以聚合物囊泡作為模型體系，分別從形態(tài)、結(jié)構(gòu)

8、和功能三個(gè)層面來(lái)模擬生物膜；構(gòu)筑新型高效超分子人工酶體系。要達(dá)到的目標(biāo)1.建立分子自組裝的新概念和新技術(shù)，揭示分子自組裝的動(dòng)態(tài)過(guò)程，認(rèn)識(shí)分子間弱相互作用的加合性、協(xié)同性和方向性，闡明分子聚集體中的電子轉(zhuǎn)移、能量傳遞和化學(xué)轉(zhuǎn)換的規(guī)律，使我國(guó)分子聚集體化學(xué)的研究水平繼續(xù)躋身于國(guó)際先進(jìn)行列，某些領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先的水平；2.發(fā)展具有高效率、高選擇性的分子聚集體微反應(yīng)