π電子分子自組裝可以通過分子之間的電子耦合作用獲得單體所不具有的、獨(dú)特的功能性質(zhì)。在帶電π電子體系中，攜帶有相同電荷的π電子分子的有序堆疊排列可產(chǎn)生與電中性分子組裝不同的新型帶電組裝體，這種帶電組裝體可以提高載流子的穩(wěn)定性和傳導(dǎo)性，因此在光電子學(xué)、鐵電子學(xué)和催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。然而，由于相反電荷之間的靜電吸引作用，帶電π電子分子更傾向于采取正負(fù)電荷交替堆疊的方式，從而阻礙了π電子在組裝體內(nèi)的定向遷移。因此，開發(fā)一種可實(shí)現(xiàn)帶相同電荷的π電子分子有序堆積組裝的方法具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
近日，課題組利用自適應(yīng)芳香陽離子-π作用實(shí)現(xiàn)了帶電π電子分子的多態(tài)性柱狀組裝。設(shè)計(jì)合成了一系列攜帶有不同長(zhǎng)度烷基尾鏈的苯乙烯基吡啶鹽衍生物，通過單晶X射線衍射、差式掃描量熱法、偏光顯微鏡和小角X射線散射等手段研究組裝結(jié)構(gòu)及分子排列方式。結(jié)果表明，吡啶陽離子與苯環(huán)通過芳環(huán)陽離子-π相互作用緊密結(jié)合，形成首尾交替堆疊的、帶正電的柱狀組裝體。所形成的柱狀組裝結(jié)構(gòu)依賴于雙位點(diǎn)陽離子-π作用的自適應(yīng)鍵合模式（從交替堆疊到螺旋堆疊），展現(xiàn)出了交替堆疊的柱狀結(jié)晶（Alt Cr）、六方柱狀結(jié)晶（Hex Cr）、六方柱狀液晶（Hex LC）、和立方液晶（Cub LC）多種相態(tài)。此外，這種帶正電的柱狀超分子材料可以作為高效的本征型光催化劑，并應(yīng)用于CO2光催化還原。
相關(guān)研究成果發(fā)表于《Chem》（2024, DOI：10.1016/j.chempr.2024.01.026）
課題組博士生張哲霖為論文第一作者，慕斌副教授和田威教授為論文通訊作者。
全文鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929424000470。