非共价键自组装有机功能材料.docx

非共价键自组装有机功能材料杨爱丽,卢志云3,李龙章,谢明贵(四川大学化学学院,四川成都610064)摘要:分子自组装对于某些化学反应过程、生物化学过程及生命活动的模拟等方面具有重要的意义。本文对非共价键组装方式自组装的有机功能材料的分类,结构、性质、自组装机理以及研究进展进行了综述。关键词:非共价键;自组装;有机功能材料中图分类号:O64113文献标识码:A均会影响器件的电致发光特性8。1987年,JMLehn,KJCram和CJPedersen由于在主2客体化学和分子识别等方面作出了卓越贡献而获得诺贝尔化学奖,此后的25年里,在分子层次上的化学便成为研究热点。与原子间通过化学键作用形成分子不同,超分子体系是由多个分子通过非共价键作用力缔合形成的复杂有序且具有某种特定功能和性质的实体或聚集体123。这些非共价键作用力的协同作用构成了生物体内各种复杂、精巧的功能425,在生物体信息的存储、释放、传递以及其能量传递过程中扮演着举足轻重的作用6。非共价键自组装有机功能材料按其组装推动力大致可分为以下几大类:1)疏水亲脂相互作用;2)静电吸引;3)氢键;4)包括配位键、电荷转移等的其他作用力方式。图1用于制作EL器件的La(HQ)2Cl和PBD的分子结构Fig.1MolecularstructureoftheemittingmaterialLa(HQ)2Clandelectron2transportmaterialPBD将D2π2A染料体系引入LB膜则可能使其同时具有光电响应和二阶非线性响应。用LB膜技术将其以非对称的方式组装起来,可以避免有机分子晶体宏观二阶非线性光学特性的降低9,10。四苯基卟啉衍生物LB膜则被应用于化学传感器、光导体及光学调节器等。如:卟啉铜的LB膜对NO2具有特异敏感性,适用于NO2气体的化学传感器。LB膜在生物领域的应用也很广泛。Nicolini通过疏水亲脂相互作用自组装的有机功能材料—LB膜1等11通过十八烷基胺单分子层吸附亚相中的单链DNA,使DNA处于十八烷基胺的单分子层间,形成夹心式LB膜,为细胞膜的人工模拟提供了思路。关于聚合物LB膜也有很多报道。如聚乙烯咔唑、聚乙烯咪唑、聚烯胺和聚噻吩类等都可以Langmuir2Blodgettfilms(简称LB膜)是分子水平上的有序膜,其分子排列高度有序且具各向异性,超薄且厚度准确控制7,具有特殊功能的LB膜可应用于电致发光、非线性光学材料、光电转换材料、化学传感器以及仿生膜等方面。黄春辉等以La(HQ)2Cl的LB膜为发光层,PBD(图1)为电子传输层制备的双层结构的中性发生(EL)器件能够产生黄绿色发光,且LB膜的层数和沉积压12214形成LB膜,它们在场效应二极管(FET)以及EL器件等方面有着潜在的应用前景。但是,LB膜也有稳定性较差,容易坍塌,可重复性不好等缺陷。随着这些问题的解决,LB膜将收稿日期:2002206211;修回日期:2003201202基金项目:国家自然科学基金资助项目3通讯联系人第3期杨爱丽等:非共价键自组装有机功能材料299更广泛用于复杂超分子体系以及商品器件的制作中。芳基偶氮生色团的聚电解质(图4)组装成多层膜,研究了薄膜内的偶氮生色团在紫外光照射下由反式到顺式构型的光响应转变,可以用来制备具有光响应性的自组装纳米材料。2通过静电作用自组装的有机功能材料1991年,Decher15首先以带相反电荷的聚电解质,通过静电相互作用在基片上交替沉积形成超薄膜。所得的薄膜具有良好的机械和化学稳定性,膜厚度可以控制,膜的结构相对比较规整,是一种构筑复合有机超薄膜结构的有效方法。几种用于静电自组装的聚电解质的结构示于图2。静电自组装多层膜技术在光电器件、分离膜、催化和生物传感器等方面都表现出广阔的应用前景。图4三种含芳基偶氮基团的聚电解质的结构Fig.4Thestructureofthreeazopolyelectrolytes图5Meijer及Zimmerman等报道的四氢键二聚体体系Fig.5Hydrogen2bondeddimmers1and2基于静电相互作用的层状组装技术可应用于生物领域,实现分子构筑和蛋白质固定两种技术的结合22。2000年,Lin等23报道了一种通过静电自组装得到DNA探针的方法,静电自组装也用来构筑有机染料小分子超薄膜。基于3,4,9,102四羧酸二萘嵌苯分子(PTCA)良好的荧光性质,Zhang等24在ITO电极上组装了20层的PEI/(PSS+PTCA)作为发光层,得到了开启电压为417V的绿光EL器件,并发现染料的荧光淬灭能被有效地抑制。利用交替沉积的办法,可以把多种无机材料,如纳米微粒、无机薄层和杂多酸等组装到有机多层膜结构中,构筑无机/有机杂化的纳米结构。Yao等25制备了WO3/4