課題組有關(guān)雙曲拋物面分子基二維超結(jié)構(gòu)的可控分級構(gòu)筑與二次諧波響應(yīng)研究成果在Nat. Commun.上發(fā)表
與傳統(tǒng)平面分子相比，具有彎曲與扭曲構(gòu)象的非平面分子在發(fā)光、電子傳輸和手性調(diào)控等方面展現(xiàn)出更為獨特且優(yōu)異的性能。其中，具有負(fù)高斯曲率的雙曲拋物面分子（又稱鞍形分子）因其獨特的空間構(gòu)型、美學(xué)特征及在光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，近年來受到廣泛關(guān)注。如何將這類負(fù)彎曲分子進行定向組織，構(gòu)筑結(jié)構(gòu)明確、功能可調(diào)的超分子超結(jié)構(gòu)，成為當(dāng)前研究的前沿?zé)狳c。然而，由于其非平面結(jié)構(gòu)特征，分子在堆疊與取向過程中難以實現(xiàn)精確調(diào)控，將其組裝為高度有序、結(jié)構(gòu)新穎的超結(jié)構(gòu)仍面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，實現(xiàn)雙曲拋物面分子的可控組裝與有序超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑，已成為該領(lǐng)域亟待突破的重要科學(xué)問題。
近日，課題組設(shè)計并合成了一種結(jié)合二苯并噻吩與環(huán)己二胺基團的“剛?cè)岵毙碗p曲拋物面拓?fù)鋯误w。該單體首先通過π-π相互作用形成穩(wěn)定二聚體，隨后在不同溶劑環(huán)境調(diào)控下誘導(dǎo)特定C-H···π作用，進一步構(gòu)筑出呈“榫卯型”和“之字型”排列的一維超分子柱結(jié)構(gòu)。這些一維超分子柱進一步通過C-H···S氫鍵作用實現(xiàn)橫向擴展，最終形成兩種不同構(gòu)型的二維超結(jié)構(gòu)（2D HPS-MT 與 2D HPS-Z）。透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡及理論計算等多種表征手段在溶液相中驗證了其分級自組裝路徑。性能測試表明，2D HPS-MT 在二次諧波響應(yīng)方面表現(xiàn)更為優(yōu)異：在1064 nm激發(fā)、泵浦功率100 mW條件下，其信號強度達(dá)到 1.5 × 105，高于 2D HPS-Z 的1.1 × 105；同時，2D HPS-MT的極化率（87.5%）亦高于2D HPS-Z（81%），這與其二維超結(jié)構(gòu)中更為顯著的非中心對稱排列密切相關(guān)。該研究實現(xiàn)了雙曲拋物面分子從分子尺度到二維超結(jié)構(gòu)的分級精確調(diào)控，為負(fù)曲率分子的可控組裝提供了新策略，也為高性能有機非線性光學(xué)功能材料的分子工程設(shè)計開辟了新的方向。
相關(guān)研究成果發(fā)表于《Nature
Communications》(Nat. Commun. 2026, 17, 1852)。課題組已畢業(yè)的霍宏彬博士和張蕓榕碩士為論文共同第一作者，博士后張居安和田威教授為論文通訊作者。
（全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68567-1）