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研究人員證實(shí)自支撐手性2D單層分子晶體的存在

發(fā)布日期： 2022-02-25 14:27:53 來源：中國科學(xué)報

2月24日，《自然》刊發(fā)上海交通大學(xué)教授崔勇團(tuán)隊及合作者的研究成果，研究人員證實(shí)了自支撐單層二維(2D)分子晶體的存在，明確了跨層次/跨尺度的手性表達(dá)過程，擴(kuò)大了現(xiàn)有手性材料和2D材料體系。

自2004年石墨烯被報道以來，單層二維材料因具備高縱橫比的片狀結(jié)構(gòu)，大比例暴露活性位和易加工等特點(diǎn)，使其成為化學(xué)、物理和材料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上看，原子或分子間需要有強(qiáng)的共價鍵、離子鍵或配位鍵才能支撐起穩(wěn)定的二維結(jié)構(gòu)，而超分子化學(xué)中的弱作用力一直被認(rèn)為不足以支撐形成有序且穩(wěn)定的2D單層結(jié)構(gòu)。

“手性材料研究對推動催化科學(xué)、分離技術(shù)、光電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。”該論文第一作者、上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院長聘教軌副教授董金橋?qū)Α吨袊茖W(xué)報》說，“在超分子層次缺少構(gòu)筑多級次表面微納結(jié)構(gòu)的方法和表征手段，嚴(yán)重制約了對材料中手性識別和傳遞的認(rèn)識和調(diào)控，因此探索單層手性2D分子材料的制備、結(jié)構(gòu)和性能是突破這一科學(xué)瓶頸的新途徑。”

鑒于此，研究人員提出剝離大環(huán)分子晶體策略，成功制備了自支撐手性2D單層分子材料，并清晰觀察到手性表面的微納結(jié)構(gòu)。將含豐富超分子作用位點(diǎn)的手性金屬—有機(jī)大環(huán)晶體超聲剝離成具有超高橫縱比(2500:1)的單層手性2D納米片，通過球差校正透射電鏡首次觀察到結(jié)構(gòu)明確的金屬—有機(jī)大環(huán)超分子結(jié)構(gòu)，并證實(shí)了大環(huán)之間僅僅依靠弱作用力(CH-π/π-π鍵)，不需要任何支撐體，就能夠以單層晶(分子納米片)態(tài)形式穩(wěn)定存在。通過對糖類等重要分子的對映選擇性識別和檢測研究，揭示了活性位點(diǎn)、本征大環(huán)和微納結(jié)構(gòu)表面之間顯著的協(xié)同作用和協(xié)同效應(yīng)。

該文章評審專家表示，這項研究將手性化學(xué)、超分子化學(xué)和2D材料三個前沿領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合起來，證實(shí)了自支撐單層2D分子晶體的存在，明確了跨層次/跨尺度的手性表達(dá)過程，擴(kuò)大了現(xiàn)有手性材料和2D材料體系，為更廣闊的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。(作者：陸琦張雙虎黃辛)