溶液自组装法构筑超分子杂化功能材料

doi:10.3866/PKU.WHXB201611292

摘要/Abstract

摘要：

以Anderson型多金属氧酸盐（POM）为构筑单元，通过共价键的方式将两个胆固醇分子连接到POM两端，制备了一种具有胆固醇-多金属氧酸盐-胆固醇结构的杂化分子，其在本体中通过自组装形成有序的六棱柱状结构。杂化分子的POM核在N，N-二甲基甲酰胺中具有良好的溶解性，而其胆固醇端基在甲苯中具有适当的溶解性。在甲苯体积分数为85.7%的条件下，杂化分子通过POM核与其胆固醇端基溶解性的差异、胆固醇端基之间较强的范德华力和POM核之间较强的相互静电作用力，可以自组装形成不同尺度的有序纤维结构，其相互缠绕最终形成典型的三维网状结构。在纤维结构中，杂化分子通过胆固醇层与POM层相互交替排列，在透射电镜表征中形成了明暗交替的层状精细结构。本研究工作在纳米材料的设计、组装和应用方面具有潜在的应用价值。

关键词: 材料设计, 杂化分子, 多金属氧酸盐, 自组装, 纤维结构

Abstract:

A hybrid molecule having a molecular structure of cholesterol-polyoxometalate-cholesterol, was created by covalently connecting two cholesterol molecules onto the two sides of an organically modified Anderson-type polyoxometalate (POM). This hybrid molecule could self-assemble into highly ordered hexagonally packed cylinders in a bulk sample. The POM cluster of the hybrid molecule dissolved well in N, N-dimethylformamide (DMF) solvent and cholesterol moieties had appropriate solubility in toluene. In mixed DMF/toluene solvents, the hybrid molecule self-assembled into fibril-shaped aggregates. These aggregates further twisted around each other to form the three-dimensional network structures. These formations were attributed to the solubility difference between the POM cluster and cholesterol moieties, van der Waals interactions among the cholesterol moieties, and electrostatic interactions among the POM clusters. Within the fibrous structure, the POM cluster and cholesterol moieties in the hybrid molecule assembled into a well-organized structure with alternatively arranged POM layer and cholesterol layer. The results described herein has potential application value toward design, assembly, and application of nanomaterials.

Key words: Material design, Hybrid molecule, Polyoxometalates, Self-assembly, Fibrous structure

杨海宽. 溶液自组装法构筑超分子杂化功能材料[J]. 物理化学学报, 2017, 33(3): 582-589.

Hai-Kuan YANG. A Solution-Based Self-Assembly Approach to Preparing Functional Supramolecular Hybrid Materials[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(3): 582-589.

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201611292

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I3/582

参考文献

1	Ariga K. ; Li J. B. ; Fei J. B. ; Ji Q. M. ; Hill J. P. Adv. Mater. 2016, 6, 1251.
2	Walther A. ; Müller A. H. E. Chem. Rev. 2013, 113, 5194.
3	Grzelczak M. ; Vermant J. ; Furst E. M. ; Liz-Marzán L. M. ACS Nano 2010, 4, 3591.
4	Busseron E. ; Ruff Y. ; Moulina E. ; Giuseppone N. Nanoscale 2013, 5, 7098.
5	Iijima T. ; Vignon S. A. ; Tseng H. R. ; Jarrosson T. ; Sanders J.K. M. ; Marchioni F. ; Venturi M. ; Apostoli E. ; Balzani V. ; Stoddart J. F. Chem. Eur. J. 2004, 24, 6375.
6	Wu T. ; Zhang X. Chem. J. Chin. Univ. 2001, 22, 1057.
6	吴涛; 张希. 高等学校化学学报, 2001, 22, 1057.
7	Li S. L. ; Xiao T. X. ; Lin C. ; Wang L. Y. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5950.
8	Yin X. M. ; Li C. C. ; Zhang M. ; Hao Q. Y. ; Liu S. ; Chen L.B. ; Wang T. H. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 8084.
9	Fang Y. X. ; Guo S. J. ; Zhu C. Z. ; Zhai Y. M. ; Wang E. Langmuir 2010, 26, 11277.
10	He Q. J. ; Gao Y. ; Zhang L. X. ; Zhang Z. W. ; Gao F. ; Ji X. F. ; Li Y. P. ; Shi J. L. Biomaterials 2011, 30, 7711.
11	Huang Y. ; Huang X. L. ; Lian J. S. ; Xu D. ; Wang L. M. ; Zhang X. B. J. Mater. Chem. 2012, 22, 2844.
12	Wang S. S. ; Yang G. Y. Chem. Rev. 2015, 115, 4893.
13	Long D. L. ; Burkholder E. ; Cronin L. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 105.
14	Dolbecq A. ; Dumas E. ; Mayer C. R. ; Mialane P. Chem. Rev. 2010, 110, 6009.
15	López X. ; Carbó J.J. ; Bo C. ; Poblet J. M. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7537.
16	Khenkin A. M. ; Efremenko I. ; Weiner L. ; Martin J. M. L. ; Neumann R. Chem. Eur. J. 2010, 4, 1356.
17	Song Y. F. ; McMillan N. ; Long D. L. ; Thiel J. ; Ding Y. L. ; Chen H. S. ; Gadegaard N. ; Cronin L. Chem. Eur. J. 2008, 14, 2349.
18	Yan Y. ; Wang H. B. ; Li B. ; Hou G. F. ; Yin Z. D. ; Wu L. X. ; Yam V. W. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 9233.
19	Allain C. ; Schaming D. ; Karakostas N. ; Erard M. ; Gisselbrecht J. P. ; Sorgues S. ; Lampre I. ; Ruhlmann L. ; Hasenknopf B. Dalton Trans. 2013, 42, 2745.
20	Schulz J. ; Gyepes R. ; Císa?ová I. ; ?těpni?ka P. New J. Chem. 2010, 34, 2749.
21	Yan Y. ; Li B. ; He Q. Y. ; He Z. F. ; Ai H. ; Wang H. B. ; Yin Z.D. ; Wu L. X. Soft Matter 2012, 8, 1593.
22	He Z. F. ; Li B. ; Ai H. ; Li H. L. ; Wu L. X. Chem. Commun. 2013, 49, 8039.
23	Tong U. S. ; Chen W. ; Ritchie C. ; Wang X. T. ; Song Y. F. Chem. Eur. J. 2014, 20, 1500.
24	Yang H. K. ; Su M. M. ; Ren L. J. ; Zheng P. ; Wang W. RSCAdv. 2014, 4, 1138.
25	Su M. M. ; Yang H. K. ; Ren L. J. ; Zheng P. ; Wang W. SoftMatter 2015, 11, 741.
26	Hasenknopf B. ; Delmont R. ; Herson P. ; Gouzerh P. Eur. J.Inorg. Chem. 2002, 1081
27	Marcoux P. R. ; Hasenknopf B. ; Vaissermann J. ; Gouzerh P. Eur. J. Inorg. Chem. 2003, 2406
28	Nordhei C. ; Mathisen K. ; Safonova O. ; van Beek W. ; Nicholson D. G. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 19568.
29	Yui H. ; Minamikawa H. ; Danev R. ; Nagayama K. ; Kamiya S. ; Shimizu T. Langmuir 2008, 24, 709.
30	Lin X. K. ; Wang Y. L. ; Wu L. X. Langmuir 2009, 25, 6081.
31	Wang Y. L. ; Wang X. L. ; Zhang X. J. ; Xia N. ; Liu B. ; Yang J. ; Yu W. ; Hu M. B. ; Yang M. ; Wang W. Chem. Eur. J. 2010, 16, 12545.
32	Yue L. ; Ai H. ; Yang Y. ; Lu W. J. ; Wu L. X. Chem. Commun. 2013, 49, 9770.
33	Fang X. ; Hill C. L. Angew. Chem. 2007, 119, 3951.
34	Bourlinos A. B. ; Raman K. ; Herrera R. ; Zhang Q. ; Archer L.A. ; Giannelis E. P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15358.
35	Xue M. ; Liu K. Q. ; Peng J. X. ; Zhang Q. H. ; Fang Y.J. Colloid Interface Sci. 2008, 327, 94.

[1]	樊晔, 曹崇梅, 方云, 夏咏梅. 自交联共轭亚油酸囊泡基荧光纳米点的构筑及其荧光特性[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 2002032 - .
[2]	陈灵珊, 洪苑秀, 贺石生, 范震, 杜建忠. 聚(ε-己内酯)-多肽共聚物胶束增强抗生素的抗菌活性[J]. 物理化学学报, 2021, 37(10): 1910059 - .
[3]	王苗, 郑虹宁, 许菲. 异氰酸苯酯诱导的类胶原多肽自组装[J]. 物理化学学报, 2021, 37(10): 1911039 - .
[4]	赵亚楠, 何敏, 刘晓芳, 刘斌, 杨建辉. 金二元纳米晶超晶格的自组装和结构表征[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1908041 - .
[5]	张静, 王丽娜, 陈晓飞, 王玉峰, 牛成艳, 吴立新, 唐智勇. 氧化还原对Lindqvist型多金属氧簇复合物自组装的动态调控[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1912002 - .
[6]	陈锐杰,李娣,方振远,黄元勇,罗必富,施伟东. In₂O₃三维纳米结构的控制合成及高效光解水产氢活性研究[J]. 物理化学学报, 2020, 36(3): 1903047 - .
[7]	高飞雪, 陈拥军, 刘冬生, 刘鸣华, 田中群, 张希. “可控自组装体系及其功能化”重大研究计划取得系列重要研究成果[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 2006060 - .
[8]	邢蕊蕊, 邹千里, 闫学海. 肽基超分子胶体[J]. 物理化学学报, 2020, 36(10): 1909048 - .
[9]	肖军燕, 齐利民. 环糊精与表面活性剂主客体作用诱导的金纳米棒可控自组装[J]. 物理化学学报, 2020, 36(10): 1910001 - .
[10]	方佳丽, 陈新, 李唱, 吴玉莲. 原位液体室透射电镜观察金纳米棒/石墨烯复合物的形成和运动过程[J]. 物理化学学报, 2019, 35(8): 808 -815 .
[11]	焦建梅,徐桂英,辛霞. 胆酸盐参与的自组装及微纳米材料制备[J]. 物理化学学报, 2019, 35(7): 684 -696 .
[12]	赵喆, 卢岳, 张振华, 隋曼龄. 原位透射电子显微镜观察电荷驱动的氧化物纳米颗粒水中自组装[J]. 物理化学学报, 2019, 35(5): 539 -545 .
[13]	刘恒昌,冯玉军. CO₂诱导的五嵌段非离子共聚物与阴离子氟碳表面活性剂的相互作用[J]. 物理化学学报, 2019, 35(4): 408 -414 .
[14]	程晓蒙,焦东霞,梁志豪,魏金金,李宏平,杨俊佼. 聚苯乙烯-聚4-乙烯基吡啶两亲嵌段共聚物在CO₂膨胀液体中的组装行为[J]. 物理化学学报, 2018, 34(8): 945 -951 .
[15]	黄丽丽,邵翔. CO与蜜勒胺自组装膜协同作用制备Au单原子及多原子物种[J]. 物理化学学报, 2018, 34(12): 1390 -1396 .