化學所在二維手性Kagome結構研究方面取得新進展
2020-12-01 中國科學院
TCAS在Au(111)表面形成的手性Kagome網格結構的STM圖像（a,c），結構模型（b,d），及手性結構形成示意圖（f）。
二維Kagome（籠目）網格結構由於其獨特的幾何形狀和潛在的應用價值受到廣泛關注，成為近年表面分子組裝研究的熱點之一。該結構雖在晶體中早有發現，但在表面的形成和存在卻鮮有報導。化學所分子納米結構與納米技術院重點實驗室的研究人員長期開展對杯芳烴分子表面組裝的研究（Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 2747-2751），最近他們以磺化硫雜杯[4]芳烴（thiacalix[4]arene tetrasulfonate, TCAS）分子為基元，在Au(111)表面成功構築了Kagome網格結構，並在該類結構中發現了手性的存在。利用掃描隧道顯微技術（STM），他們對Kagome結構的形成，表面手性的產生等基本科學問題進行了深入研究，結果發表在近期的美國化學會志上（J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 5598-5599）。
研究人員在溶液中使TCAS分子於Au(111)表面吸附組裝，在控制基底電位的條件下，每個分子採取全杯式構象吸附在基底表面，分子間通過範德華力相互作用，形成具有三角形形狀的分子三聚體。該三角形三聚體單元在固體表面外延生長，最終形成二維Kagome結構。由於分子與基底的相互作用以及分子取向的變化，組裝過程中分子的對稱性被打破，從而形成具有二維手性的組裝結構。這種手性結構的形成機理與該研究組此前在OPV分子組裝體系中發現的表面手性的形成機理完全不同(Chem. Commun., 2009, 19, 2649-2651)，是非手性分子形成表面手性結構的又一方式。
該研究以功能化的杯芳烴分子為基元，從而賦予二維Kagome結構更加豐富的性質；發現的手性Kagome結構在溶液環境中構築，可通過調節基底電位的方式有效地控制其吸脫附，這些特點使這一新型Kagome結構可能具有良好的分子識別能力，有望在分子識別以及催化等領域獲得應用。
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