分子自组装原理

Question

如题所述

Answer 1

分子自组装的原理及特点：

分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、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。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有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间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。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要求。

自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术Langmuir Blodgett(LB)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装。

Answer 2

分子自组装
自组装 (self-assembly) 为系统之构成元素(components；如分子)在不受人类外力之介入下，自行聚集、组织成规则结构的现象。例如分子的结晶即是一种自组装现象。

中文名
分子自组装
外文名
(self-assembly）
构成
元素
条件
不受人类外力
现象
自行聚集、组织成规则结构
快速
导航
多分子自组装体化学

价值

分子自组装应用
分子自组装简介
自组装程序的发生通常会将系统从一个无序(disordered)的状态转化成一个有序(ordered)的状态，其可以发生在不同的尺度，例如分子首先聚集成纳米尺寸的超分子单元(supramolecular unit；如界面活性剂分子自组装成微胞)，这些超分子单元间的作用力进而促使其在空间上做规则的排列(如微胞排列成体心立方之晶格)，而使系统具有一种阶级性结构(hierarchical structure)。自组装普遍存在于自然界中，如生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成；而运用各种分子之自组装亦是建构纳米材料非常重要的方法，这种所谓由下而上（bottom-up）的方法目前被广泛应用来制备具光、电、磁、感测、与催化功能的纳米材料。

多分子自组装体化学
概述
分子聚集体化学是化学发展的新层次。分子聚集体化学以分子之间的弱相互作用及其协同效应为基础，自组装是创造具有新颖结构和功能的有序分子聚集体的重要手段。分子聚集体的化学为实现化学学科的知识创新提供了契机，同时它与物理、生物、材料等学科交叉融合，而成为产生新概念和高技术的重要源头之一。拟解决的关键科学问题：多层次、多组分的分子自组装及组装动态过程；分子间弱相互作用的加合性、协同性和方向性；分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换。
研究内容
1、分子间相互作用的协同效应与自组装原理：通过多识别位点单体的组装，阐明分子间相互作用的加合性、协同性和方向性，建立二维及三维空间分层次组装的有效原理和方法。
2、多层次、多组分的界面分子组装与功能：致力建立多级界面分子组装方法，研究溶液中的有序组装体在界面转化的规律及其动态形成过程和解组装过程，实现多组分、多层次的功能组装体构筑。
3、超分子复合物体系组装及组装过程：基于各种弱相互作用组装形态和性质各异的超分子复合物，实现由超分子复合制备功能超分子材料。
4、分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换：研究分子聚集体中的电子转移和能量传递，为太阳能光催化制氢提供依据；研究分子聚集体中的化学转化，为提高化学反应的选择性提供新的途径。
5、分子组装体的手性及功能性手性组装体：研究分子组装体中的手性问题，并创造具有手性放大、手性传递、手性记忆等功能的手性组装体。
6、生物膜模拟与人工酶：以聚合物囊泡作为模型体系，分别从形态、结构和功能三个层面来模拟生物膜；构筑新型高效超分子人工酶体系。
预期目标
1.建立分子自组装的新概念和新技术，揭示分子自组装的动态过程，认识分子间弱相互作用的加合性、协同性和方向性，阐明分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换的规律，使我国分子聚集体化学的研究水平继续跻身于国际先进行列，某些领域达到国际领先的水平；
2.发展具有高效率、高选择性的分子聚集体微反应器和超分子酶催化体系，创造若干新型智能响应的功能超分子材料，在分子组装的功能研究方面做出具有重要应用意义的成果