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網(wǎng)站首頁(yè)/新材料/納米材料熱點(diǎn)/Angew. Chem. :納米石墨烯配位超分子棱柱:結(jié)構(gòu)、受激轉(zhuǎn)化和發(fā)射增強(qiáng)
Angew. Chem. :納米石墨烯配位超分子棱柱:結(jié)構(gòu)、受激轉(zhuǎn)化和發(fā)射增強(qiáng)


配位鍵驅(qū)動(dòng)的超分子組裝反應(yīng)因?yàn)榭梢愿咝?、可控地?gòu)建各種組裝體,近年來(lái)引起了研究者們的關(guān)注。配位超分子組裝體不僅可作為超分子主體和分子催化劑,而且具有刺激響應(yīng)性。將稠環(huán)芳烴引入超分子配合物,可實(shí)現(xiàn)諸如光捕獲、光催化等性能。但是,目前可用的構(gòu)筑基元類(lèi)型十分有限,僅限于卟啉、苝二酰亞胺、二氮雜二苯并苝等。


當(dāng)稠環(huán)芳烴分子的尺寸超過(guò)1 nm,也可以稱(chēng)為納米石墨烯。納米石墨烯在發(fā)光材料、電子器件、熒光傳感、生物成像及治療領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。將納米石墨烯將納米石墨烯引入到超分子配合物中,不僅使其能夠繼承納米石墨烯獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì),而且能得到尺寸更大的組裝體。但是納米石墨烯配體和過(guò)渡金屬的超分子自組裝相關(guān)的報(bào)道較少。


近日,廈門(mén)大學(xué)譚元植課題組通過(guò)氧化脫氫環(huán)化反應(yīng)合成了長(zhǎng)軸兩端含有兩個(gè)吡啶氮的帶狀納米石墨烯分子3(圖1)。邊緣的修飾基團(tuán)阻止了分子間的π-π堆積作用。3作為配體被用于配位鍵驅(qū)動(dòng)的超分子組裝。



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圖1雙吡啶氮雜納米石墨烯3的合成、氫譜和單晶結(jié)構(gòu)

3和(cis-dppp)Pd(II)在二氯甲烷中可通過(guò)配位組裝,生成三角形的鈀大環(huán)化合物2。用DFT優(yōu)化的組裝體幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn),2結(jié)構(gòu)上類(lèi)似三棱柱:納米石墨烯配體構(gòu)成了棱柱的三個(gè)面,且稍微向內(nèi)彎曲。

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圖2納米石墨烯配體3和(cis-dppp)Pd(II)的超分子組裝、質(zhì)譜及DFT優(yōu)化的結(jié)構(gòu)

該超分子三棱柱,在C60或C70的作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)槌肿铀睦庵?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important;">1,同時(shí)內(nèi)嵌兩個(gè)C60或兩個(gè)C70形成核殼結(jié)構(gòu)(C60/C70)2@1。在晶態(tài),1沿c軸堆積成橫截面為正方形的管狀結(jié)構(gòu)(圖3)。

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圖3 (a) 1的單晶結(jié)構(gòu);(b) (C60)2@1的幾何結(jié)構(gòu);(c) 1的堆積方式

3在442 nm和548 nm有兩個(gè)吸收帶。由于金屬的配位作用,2的這個(gè)兩個(gè)吸收帶分別紅移到了445 nm 和568 nm。同樣,2的最大發(fā)射波長(zhǎng)紅移到了611 nm,相較于氮雜石墨烯分子566 nm的發(fā)射。而(C60)2@1的熒光光譜中只存在一個(gè)750 nm左右的寬發(fā)射峰,歸屬于內(nèi)嵌C60分子的發(fā)射(圖4)。這表明納米石墨烯配體與內(nèi)嵌C60之間存在高效的能量轉(zhuǎn)移。由于核殼結(jié)構(gòu)的(C60)2@1具有較高的熒光量子產(chǎn)率(1%)和強(qiáng)可見(jiàn)光吸收,所以在可見(jiàn)光的激發(fā)下,組裝體內(nèi)C60的熒光亮度比游離的C60高約104倍。

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圖4納米石墨烯及其超分子組裝體的光學(xué)性質(zhì)

綜上所述,該課題組合成了雙吡啶氮雜的納米石墨烯3,并以其與(cis-dppp)Pd(II)組裝,獲得了金屬配位超分子三棱柱2。該超分子三棱柱2,在C60/C70客體分子的刺激下,轉(zhuǎn)化為超分子四棱柱1。在1的內(nèi)腔中內(nèi)嵌有兩個(gè)富勒烯分子,形成核殼結(jié)構(gòu)的主客體復(fù)合物(C60/C70)2@1。該主客體復(fù)合物展現(xiàn)出了高效的分子間能量轉(zhuǎn)移以及對(duì)內(nèi)嵌的富勒烯發(fā)光的增強(qiáng)。該工作豐富了基于納米石墨烯的超分子組裝體結(jié)構(gòu)類(lèi)型,也為具有配位組裝的超分子結(jié)構(gòu)提供了新的組裝基元。通過(guò)改變納米石墨烯基元的結(jié)構(gòu)和功能,可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)具有獨(dú)特光、電性能的納米石墨烯基配位超分子材料。

文信息

Nanographene Metallaprisms: Structure, Stimulated Transformation, and Emission Enhancement

Ling Chai,Yang-Yang Ju,Jiang-Feng Xing,Xiao-Hui Ma,Dr. Xin-Jing Zhao,Prof. Yuan-Zhi Tan


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202210268




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