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(dú)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(dú)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(jìn)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(diǎn)。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(shí)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(shí)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(tuán)的“剛?cè)岵?jì)”型雙曲拋物面拓?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(jìn)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(jìn)一步通過C-H···S氫鍵作用實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)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(yàn)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(qiáng)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(shí)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(jī)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）