超分子作业.doc

存档日期： 存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称： 超分子聚合物科学与工程 课程代号： PSE510 任课老师： 吕亚非 完成日期： 2013年04月16日 专 业： 材料科学与工程 学 号： 2012200273 姓 名： 徐巍巍 成 绩： 超分子自组装的研究进展 一·超分子分子自组装简介及其方法 1.超分子的定义 超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。20 世纪30 年代，德国Wolf 等创造了超分子一词，用来描述分子缔合而形成的有序体系。1978 年法国Lehn 等超越主客体化学的研究范畴，首次提出了超分子化学这一概念他指出： 基于共价键存在着分子化学领域,基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学这无疑是一次重大的思想飞跃。 此后经过近20多年的快速发展,超分子化学已远远超越了原来有机化学主客体体系的范畴形成了自己的独特概念和体系：如分子识别、分子自组装、超分子器件、超分子材料等。在与生物、物理等其它学科的交叉融合中，超分子化学已经发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高新技术的一个重要源头[1 ,2] 。 2.分子自组装 分子自组装是指在热力学平衡条件下，分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间利用分子识别，相互通过分子间大量弱的非共价键作用力，自发连接成具有特定排列顺序、结构稳定的分子聚集体的过程。这里的“弱非共价键作用力”系指氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、π-π堆积作用、阳离子-π吸附作用等。并不是所有的分子都能够发生自组装过程，它的产生需要两个条件：自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子问的弱相互作用力的协同作用，它为分子自组装提供能量，维持自组装体系的结构稳定性和完整性，是发生自组装的关键；自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性，也就是说要使分子自组装发生，就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排的要求。 一般而言，营造分子自组装体系主要划分3个层次：第一，通过有序的共价键，首先结合成结构复杂的完整中间分子体；第二，由中间分子体通过弱的氢键、范德华力及其它非共价键的协同作用，形成结构稳定的大的分子聚集体；第三，由一个或几个分子聚集体作为结构单元，多次重复自组织排列成有序分子组装体。 3.自组装的方法 自组装方法主要是接枝、旋涂、化学吸附、分子沉积、慢蒸发溶剂等成膜，近几年导向自组装、分子识别、模板自组装等纷纷涌现。这些方法各有优缺 点，因而应用也有不同。 （1）导向自组装：一般在无机领域应用较多，近来在有机无机纳米杂化材料、碳纳米管以及高分子材料中都有一定的应用。 （2）模板自组装：模板自组装（TSA）将结构限制在平板表面，对自组装行为进行引导，促使空间相在较大范围内结构有序。自组装模板多种多样，有无机晶体、高分子、生物DNA甚至活体病毒等等。 （3）分子识别：分子识别可以理解为在氢键、配位键、堆积效应、静电作用、疏水作用和手性作用等驱动力作用下某给定受体对作用物（或给体）选择性结合并产生某种特定功能的过程。 （4）形态学控制：自组形态学的控制，即按照发现的一些规律改变分子结构来影响组装过程，有意识地得到所需的形态。 3．组装体的形态［3－7］ （1）自组装无限网络结构：通过有机化合物和金属离子间自发组装成具有高度规整的无限网络结构。 （2）自组装纳米管道：作为离子通道性能优于天然的通道， 是通过分子间的多重氢键发生自组装形成的。 （3）自组装胶囊：由2个或2个以上的分子建筑单元通过可逆的非共价键相互作用而形成自组装胶囊，在很多方面如分子传感器、催化剂和药物传输等领域潜在着广阔的应用前景。 （4）LB 膜：纪念其创始人I．Langmuir 和D．B．Blodgett命名为LB 膜，是一种超薄有序膜。LB 膜技术根据两亲分子在溶液表面的定向排列，进行二维分子组装或多层的排列组合，形成各种分子水平的器件，是在分子水平上制备有序的超分子薄膜的技术。 （5）索烃和轮烃：索烃是由2个或2个以上分立的亚单元（环）组成的内锁式结构，索烃分子中的环不是靠化学键连接的，它们的内聚力被称为机械成键，也称为拓扑键，索烃的制备过程就是典型的分子组装过程。冠醚的环状结构常被用作组装索烃的重要组成部分。轮烃是由环状分子和线状分子由非共价键组装成的