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四元有机微纳粒子库模块化搭建 天大科研团队取得新突破

  《自然×通讯》上首次报道了多元有机微纳组装粒子库的研究(Nat. Commun., 2021, 12, 1838. DOI: 10.1038/s40-z)。天津大学为论文第一单位,理学院和分子加研究院联合培养的硕士研究生张丹丹为论文第一作者。

  取决于组分间的相容性,二元金属混合物通常以合金或相分离形式存在。金属合金的使用甚至可追溯至三千年前的青铜器时代,而近年来快速发展的纳米科学为传统的多元金属合金注入了新的生机和活力。多元金属纳米结构目前已广泛应用于催化、等离子激元、生物成像等领域。截至目前,高达五至八种的多元金属纳米粒子库的可控构筑已取得重大突破。

  受多元金属纳米粒子的启发,研究者们期待将多个有机共轭分子整合成单一纳米粒子。考虑到有机半导体材料的多样性及不同组分的特异性动态组装,合成如此多元的复杂有机组装粒子仍面临着极大的困境。幸运的是,二元有机半导体混合物已被系统研究,且多以共晶、合金或相分离异质结等形式存在。因此,这些二元组分的相行为及生长次序可通过显微实时成像的方式清楚揭示。

  基于二元混合物的相行为,用于形成合金的组分可视作完全相容,而用于构建有序取向的异质结构型的组分可看作部分相容。此外,用于构筑无序异质结的组分被视作弱相容。二元组分的相容性由两组分之间的分子形状、尺寸及对称性等所决定。为实现该目的,该课题组巧妙选择了对二苯乙烯基苯 (1)、并四苯 (2)、9,10-对二苯炔基蒽 (3) 和5,12-对二苯炔基并四苯 (4)这四种共轭组分作为模型化合物首次构筑了四元组分任意组合的微纳粒子库 (如图所示)。基于两组分共组装的实时成像信息,证实二元组合1/3和3/4完全相容,1/3和2/3部分相容。剩余的两种二元组合1/4和2/4则显示弱相容。得益于二元微米粒子的组装信息,研究者实现了三元及四元微米粒子组分、取向及发光颜色的精准调控。该成果为理性构筑三元以上有机微纳组装体提供了理想的范例。

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