Nature:二维分子织物自组装
在日常生活中,织物再常见不过了。近年来,在纳米尺度编织各向同性的晶态COF,以及超分子二维编织和单层表面支撑的交织二维聚合物,赋予了常规纺织品特有的柔韧性,薄度,各向异性强度和孔隙率。
长期以来,科学家曾多次尝试直接通过自下而上的策略,将分子构筑单元自组装成二维编织的线性有机聚合物链,金属模板法是进行分子级结构组装的强大工具,可实现链节和其他纠缠结构所必需的有序缠结。原则上,这种方法有可能将预编织的金属配位分子网格二维化,以形成可编织的分子材料。
但是,目前为止,尚未成功!
有鉴于此,曼彻斯特大学David A. Leigh等人报道了一种金属离子模板法,可以实现二维分子织物的精准自组装。
基于阴离子和金属离子模板,研究人员发展了一种金属配位的3×3分子交织网格作为合成分子结的中间体。每条配体链(1)包含八面体Fe(II)离子的三个三齿位点,由噻唑并[5,4-d]噻唑基团隔开。
研究人员将编织的分子“碎片”细分为一种由脂族和芳香族聚合物链交替编织的层状材料。缓慢沉淀的预编织网格之间进行连接后,除去离子模板,最终形成堆叠和簇状薄片结构的有机分子材料。每个薄层的长度和宽度可达数百微米,但厚度仅有约4nm,经线和纬线的单链聚合物线之间通过周期性的机械缠结保持链接。
这种层状二维分子织物材料具有远程有序结构,并呈现出双折射性,刚度是线性聚合物的两倍,像宏观纺织品一样沿着明确的线条分层和撕裂。当掺入聚合物支撑的膜中时,这种层状二维分子织物材料可以充当网状结构,允许小离子通过,抑制大离子的通过。
总之,这项研究实现了一维线状结构“自上而下”的编织自组装。预编织分子构筑单元的镶嵌或网状结构,为聚合物链二维(甚至可能是三维)编织领域提供了新的思路,为聚合物结构和拓扑学领域相结合带来了新的借鉴。
参考文献:
DavidP. August et al. Self-assembly of a layered two-dimensional molecularly wovenfabric. Nature 2020, 588, 429–435.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-3019-9