苏州大学 Nat. Commun.：构建具有精确空间组织的有机超结构微米线

小胖纸 4年前 (2021-04-20) 2226浏览

【背景介绍】

精确合成具有准确空间结构的一维（1D）微/纳米线具有重要的科学意义和工业应用价值。目前，无机或金属微/纳米线的精细合成通过各种方法和机制实现了对结构、尺寸和组分的精确控制。需注意，复杂的微/纳米结构通常表现出优异的物理/化学性质，使得它们成为高性能光电应用的有希望的候选。相反，精细合成具有不同组分/子结构的复杂微/纳米结构面临更大的挑战，必须克服这些挑战才能满足实际纳米技术的要求。近年来，有机半导体微/纳米结构由于其分子设计和合成的多样性和灵活性、优良的物理/化学性能以及低成本的大面积制备而成为研究的热点。然而，目前研究的材料系统很少开发有机微/纳米结构，特别是由不同材料和层次结构组成的有机超结构纳米线。均匀/非均匀成核过程的困难操作以及不同材料组合的复杂外延关系是精确构建有机超结构微/纳米线必须克服的障碍。此外，尚未开发利用空间均匀/非均匀成核的操作来构建具有精细结构/组分的有机超结构微/纳米线。

【成果简介】

近日，苏州大学功能纳米与软物质研究院廖良生教授和王雪东副教授（共同通讯作者）等人报道了一种纵向和横向外延生长模式相结合的分层外延生长方法，通过调节异相成核结晶过程，设计和合成具有精确空间组织的各种有机超结构微米线。晶格匹配的纵向和水平外延生长模式分别用于构建主要的有机核/壳和分段异质结构微米线。更重要的是，这些主要的有机核/壳和分段微米线通过实施多种空间外延生长模式进一步用于构建核/壳分段和分段核/壳型有机超结构微米线。此外，可以将这种策略推广到具有定制的多个子结构的所有有机微米线，从而为操纵其各种物理/化学特性提供了新途径。研究成果以题为“Organic superstructure microwires with hierarchical spatial organisation”发布在国际著名期刊 Nature Communications上。

【图文解读】

图一、有机超结构微米线的外延生长示意图
（a）通过多步种子生长获得有机核/壳微米线的水平外延生长模式，以及顺序结晶过程获得有机多嵌段微米线的纵向外延生长模式的示意图；

（b）有机超结构微米线的水平和纵向外延生长模式组合的示意图。

图二、具有组件互换功能的核/壳微米线
（a）带有组件互换的有机核/壳微米线的水平外延生长方法的示意图；

（b-d）BTB微线、BTP/BTB微米线和BTP/BTB核/壳微米线的FM图像；

（e）形成BTB/BTP核/壳微米线的水平外延生长过程的示意图;

（f）核/壳结构交界处的分子排列和取向。

图三、核/多壳有机微米线
（a）核/多壳有机微米线的水平外延生长方法示意图；

（b）用b1紫外光和b2绿光激发的核/双壳有机微米线的FM图像；

（c）用c1紫外线和c2绿光激发的核/三层有机微米线的FM图像。

图四、具有可调多块结构的分段有机微米线
（a）分段有机异质结构微米线的纵向外延生长模式；

（b-e）有机五嵌段微米线的FM图像，其受体分子比ηTFP为3％和6％。

（f-i）有机三嵌段微米线的FM图像，其受体分子比ηTFP为15％、20％、25％和30％；

（j）典型的有机三嵌段微米线在不同光激发下的FM图像；

（k）一根典型的有机三嵌段微米线的TEM图像；

（l）多嵌段结构交界处的分子排列和取向。

图五、有机超结构微米线的合理设计和精细合成
（a-c）分段核/壳型-I、型-II和I型-III有机超结构微米线的FM图像；

（d-g）核/壳分段的型-I、型-II、型-III和型-VI有机超结构微米线的FM图像。

图六、有机超结构微米线用于光学逻辑门
（a-b）由紫外线和绿光激发的单个分段核/壳型-I有机微米线的FM图像；

（c）空间发射强度与沿导线轴的距离d的对应关系图；

（d-e）发光条形码的示意图和模拟解码示波图，取决于a-c上的信息；

（f-g）在端部和中心部分处用激光束（λ=375 nm）激发后，从输入和输出通道收集的空间分辨PL光谱。

【小结】

综上所述，作者通过同时引入和调制水平和纵向外延生长模式的分层外延生长方法，成功地制备了多种包含精确元件和子结构的有机超结构微米线。作者采用水平外延生长方式，通过交替添加壳层前驱体的方法，精确控制结构成分或壳层数，制备了核/壳结构的微米线。基于各向异性晶格能和分子间相互作用的纵向外延生长模式，通过合理调节组分过饱和度来构建分段微米线，精确调节块数或长度比。通过调整实验条件或材料的添加顺序，结合多种空间外延生长模式，精确构建了有机超结构微米线。此外，由于各向异性的光学特性，这些有机超结构微丝被用于发光编码/解码和纳米级多输入/输出光逻辑门。总之，该策略为精确构建具有层次异质结构和理想空间构型的有机超结构微米线提供了新思路。

文献链接：Organic superstructure microwires with hierarchical spatial organisation. Nat. Commun., 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-22513-5.

本文由CQR编译。

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