羧酸基吲哚方酸菁的可控组装以及固相氨气传感器的设计

AFMyinmeizhen微观领域内纳米材料的可控组装一直是科学家们研究的重点,也是未来组装研究领域的发展方向。相比于无机材料,由于有机分子的结构更加的复杂,分子的柔性更大,使得有机分子的可控组装更难以实现。羧基官能团易于形成种类多样的氢键,并且易于络合各类金属离子,近年来也被广泛应用于有机分子自组装的研究。吲哚方酸菁染料是菁类染料里光稳定性较为突出的一种,并且它们的吸收和发射光谱也能够达到近红外的范围,因此在光电领域和生物领域都有着深入的研究。

北京化工大学的尹梅贞教授课题组,巧妙地将具有刚性结构的有机染料分子吲哚方酸菁在不同的位置进行羧基功能化,设计了含有不同羧基官能团个数的吲哚方酸菁分子。利用羧基官能团形成的不同种类的分子间氢键和方酸菁染料固有的π-π堆积来调控分子的自组装行为。二维核磁氢谱、傅里叶变换红外光谱证明了π-π堆积和不同形式氢键的存在;扫描电镜、透射电镜和偏光显微镜的表征证明了吲哚方酸菁的自组装形貌以及空间排列的有序性。同时,通过X-射线衍射谱的实验数据以及模拟数据的对比,给出了吲哚方酸菁分子排列的具体空间尺寸。利用羧基间氢键的形成和破坏以及分子间排列的尺寸效应,实现了对氨气分子的固相特异性可逆响应。此外,含有四个羧基取代基的吲哚方酸菁分子在氨气的作用下,分子间的聚集类型由J-聚集体转变为H-聚集体,加酸后,可以快速回复。本研究为设计可控的有机分子组装体以及固相气体检测提供了一种新的思路。相关研究成果发表于Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201503825)