蘇州大學 Nat. Commun.：構建具有精確空間組織的有機超結構微米線

【背景介紹】

精確合成具有準確空間結構的一維（1D）微/納米線具有重要的科學意義和工業應用價值。目前，無機或金屬微/納米線的精細合成通過各種方法和機制實現了對結構、尺寸和組分的精確控制。需注意，復雜的微/納米結構通常表現出優異的物理/化學性質，使得它們成為高性能光電應用的有希望的候選。相反，精細合成具有不同組分/子結構的復雜微/納米結構面臨更大的挑戰，必須克服這些挑戰才能滿足實際納米技術的要求。近年來，有機半導體微/納米結構由于其分子設計和合成的多樣性和靈活性、優良的物理/化學性能以及低成本的大面積制備而成為研究的熱點。然而，目前研究的材料系統很少開發有機微/納米結構，特別是由不同材料和層次結構組成的有機超結構納米線。均勻/非均勻成核過程的困難操作以及不同材料組合的復雜外延關系是精確構建有機超結構微/納米線必須克服的障礙。此外，尚未開發利用空間均勻/非均勻成核的操作來構建具有精細結構/組分的有機超結構微/納米線。

【成果簡介】

近日，蘇州大學功能納米與軟物質研究院廖良生教授和王雪東副教授（共同通訊作者）等人報道了一種縱向和橫向外延生長模式相結合的分層外延生長方法，通過調節異相成核結晶過程，設計和合成具有精確空間組織的各種有機超結構微米線。晶格匹配的縱向和水平外延生長模式分別用于構建主要的有機核/殼和分段異質結構微米線。更重要的是，這些主要的有機核/殼和分段微米線通過實施多種空間外延生長模式進一步用于構建核/殼分段和分段核/殼型有機超結構微米線。此外，可以將這種策略推廣到具有定制的多個子結構的所有有機微米線，從而為操縱其各種物理/化學特性提供了新途徑。研究成果以題為“Organic superstructure microwires with hierarchical spatial organisation”發布在國際著名期刊?Nature Communications上。

【圖文解讀】

圖一、有機超結構微米線的外延生長示意圖
（a）通過多步種子生長獲得有機核/殼微米線的水平外延生長模式，以及順序結晶過程獲得有機多嵌段微米線的縱向外延生長模式的示意圖；

（b）有機超結構微米線的水平和縱向外延生長模式組合的示意圖。

圖二、具有組件互換功能的核/殼微米線
（a）帶有組件互換的有機核/殼微米線的水平外延生長方法的示意圖；

（b-d）BTB微線、BTP/BTB微米線和BTP/BTB核/殼微米線的FM圖像；

（e）形成BTB/BTP核/殼微米線的水平外延生長過程的示意圖;

（f）核/殼結構交界處的分子排列和取向。

圖三、核/多殼有機微米線
（a）核/多殼有機微米線的水平外延生長方法示意圖；

（b）用b₁紫外光和b₂綠光激發的核/雙殼有機微米線的FM圖像；

（c）用c₁紫外線和c₂綠光激發的核/三層有機微米線的FM圖像。

圖四、具有可調多塊結構的分段有機微米線
（a）分段有機異質結構微米線的縱向外延生長模式；

（b-e）有機五嵌段微米線的FM圖像，其受體分子比η_TFP為3％和6％。

（f-i）有機三嵌段微米線的FM圖像，其受體分子比η_TFP為15％、20％、25％和30％；

（j）典型的有機三嵌段微米線在不同光激發下的FM圖像；

（k）一根典型的有機三嵌段微米線的TEM圖像；

（l）多嵌段結構交界處的分子排列和取向。

圖五、有機超結構微米線的合理設計和精細合成
（a-c）分段核/殼型-I、型-II和I型-III有機超結構微米線的FM圖像；

（d-g）核/殼分段的型-I、型-II、型-III和型-VI有機超結構微米線的FM圖像。

圖六、有機超結構微米線用于光學邏輯門
（a-b）由紫外線和綠光激發的單個分段核/殼型-I有機微米線的FM圖像；

（c）空間發射強度與沿導線軸的距離d的對應關系圖；

（d-e）發光條形碼的示意圖和模擬解碼示波圖，取決于a-c上的信息；

（f-g）在端部和中心部分處用激光束（λ=375 nm）激發后，從輸入和輸出通道收集的空間分辨PL光譜。

【小結】

綜上所述，作者通過同時引入和調制水平和縱向外延生長模式的分層外延生長方法，成功地制備了多種包含精確元件和子結構的有機超結構微米線。作者采用水平外延生長方式，通過交替添加殼層前驅體的方法，精確控制結構成分或殼層數，制備了核/殼結構的微米線。基于各向異性晶格能和分子間相互作用的縱向外延生長模式，通過合理調節組分過飽和度來構建分段微米線，精確調節塊數或長度比。通過調整實驗條件或材料的添加順序，結合多種空間外延生長模式，精確構建了有機超結構微米線。此外，由于各向異性的光學特性，這些有機超結構微絲被用于發光編碼/解碼和納米級多輸入/輸出光邏輯門。總之，該策略為精確構建具有層次異質結構和理想空間構型的有機超結構微米線提供了新思路。

文獻鏈接：Organic superstructure microwires with hierarchical spatial organisation. Nat. Commun., 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-22513-5.

本文由CQR編譯。

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