課題組利用芳香陽離子–π作用和氫鍵分級驅(qū)動構(gòu)筑仿平行葉脈狀二維超分子層的研究工作在J. Am. Chem. Soc.上發(fā)表
發(fā)展具有更高復(fù)雜性和功能性的仿生自組裝結(jié)構(gòu)（如：人工二維超分子組裝體（2DSAs））是解決日益嚴峻的能源環(huán)境問題的有效途徑。目前，有關(guān)2DSAs的研究已經(jīng)在兩方面取得了顯著進展：一是具有高效電子傳輸?shù)倪叧?span style="font-family:Arial;">（edge-on）型2DSAs，二是具有多個活性位點的面朝上（face-on）型2DSAs。然而，在上述兩種2DSAs結(jié)構(gòu)中同時實現(xiàn)高效電子傳輸和多個活性位點仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，而這對于提升光催化性能至關(guān)重要，其主要是由于缺乏合適的組裝結(jié)構(gòu)設(shè)計以及實現(xiàn)有效的分子間軌道重疊并增加與底物接觸。基于此，發(fā)展新的仿生結(jié)構(gòu)以克服上述局限就顯得尤為重要。
近日，受到單子葉植物中平行葉脈有助于底物轉(zhuǎn)移的啟發(fā)，課題組在前期可控陽離子–π化學構(gòu)筑超分子聚合物的基礎(chǔ)上，通過將平行排列的1D導管和edge-on堆積模式集成到同一2DSAs中進一步構(gòu)筑了仿平行葉脈狀二維超分子層（PV-2DSLs）。具體地講，通過剛性多臂單體中的陽離子-π作用和氫鍵協(xié)同驅(qū)動分級自組裝得到PV-2DSLs，其具有長程芳香陽離子-π堆積模式，從而促進了電子傳輸；更重要的是，二維平面內(nèi)嵌入的1D導管結(jié)構(gòu)進一步促進了多電子轉(zhuǎn)移路徑的形成。這兩方面共同增強了PV-2DSLs的電荷分離和載流子傳輸能力。因此，PV-2DSLs表現(xiàn)出了優(yōu)異的氫氣析出速率（3.5 mmol g-1 h-1），其約為不含1D導管對照組的17.5倍。上述研究成果為復(fù)雜超分子體系的仿生設(shè)計拓展了新思路，而且為先進二維超分子功能材料的制備和調(diào)控提供了新途徑。
相關(guān)研究成果發(fā)表于《Journal of the American Chemical Society》(J. Am. Chem. Soc. 2025, Doi:10.1021/jacs.5c00204)。
課題組博士研究生張居安和已畢業(yè)博士肖雪冬為論文共同第一作者，西北工業(yè)大學田威教授為論文通訊作者。
（全文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c00204）。