利用表面模板限域效应合成有机纳米结构研究取得进展
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利用表面模板限域效应合成有机纳米结构研究取得进展
 发布时间:2016-06-08  大小:【
     基于表面构筑低维大分子纳米结构在未来分子电子器件和分子电路设计领域有重要应用前景。然而,在原子分子水平上对低维纳米结构的几何构象及尺寸进行控制仍然是该领域的重要难题之一。近期,中国科学技术大学国家同步辐射实验室朱俊发教授课题组发展了一种全新的表面限域合成法,成功将长度随机分部的金属有机长链切割成长度均一的寡聚短链;并可控合成了多种金属有机大环结构。相关研究论文发表于国际知名期刊ACS Nano (2016, 10, 3747-3754),其中博士生范其瑭为该论文第一作者.

     表面限域合成法是指,利用特殊的表面结构作为“纳米反应器”对反应物的反应过程进行空间限域。反应物之间、反应物与反应器之间相互作用的引入会对化学反应的路径造成不可忽视的影响。因此不同形状和尺寸的“纳米反应器”可以提高不同种类的反应产物的选择性。该研究工作中使用Cu(110)-(2×1)O超栅格表面作为“纳米反应器”对4,4’’-二溴间三联苯前体分子的乌尔曼反应进行空间限域。由于Cu(110)-(2×1)O超栅格表面的Cu条带宽度可以通过对Cu(110)表面氧气暴露量的控制进行调节,因此在不同宽度的一维Cu条带上前体分子反应形成的物种不同。

     在Cu条带的宽度大于5.6纳米时,可以实现对之字形金属有机长链的剪裁,并且剪裁后的寡聚链长度由Cu条带宽度决定。而当Cu条带宽度小于3.6纳米时,前体分子则反应形成金属有机梯形波状链、环状四聚体、六聚体等产物。研究人员通过原子级别分辨的扫描隧道显微镜图像发现,在Cu条带宽度低于3.6纳米时前体分子周边的氢原子会与Cu条带边缘的Cu-O链中的O原子形成氢键;这是可能是导致窄Cu条带上形成截然不同金属有机产物的重要原因。

 

图为4,4’’-二溴间三联苯(DMTP)前体分子在Cu(110)-(2×1)O超栅格表面不同宽度Cu条带上形成不同金属有机物种的反应概略图。

 

     以上研究工作得到了国家重点基础研究发展计划(973)、国家自然科学基金、高等院校博士点专项基金等项目的资助。

 

 

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