近日，中科院化學(xué)研究所的宋延林研究員、喬雅麗研究員和張貞研究員、中科院過(guò)程工程研究所閆學(xué)海研究員合作，利用TPPS (meso-tetra(4-sulfonatophenyl) porphyrin) 作為模型分子，提出了一種利用氣泡輔助高精度分子組裝圖案化的方法。

（a-c）氣泡輔助組裝過(guò)程的示意圖。（d-f）氣泡輔助過(guò)程的光學(xué)顯微鏡照片。（g）TPPS和SDS的分子模型。（h）TPPS分子組裝柵格的暗場(chǎng)光學(xué)圖像，覆蓋面積為2.7 mm×1.8 mm。

研究人員利用圖案化的硅柱模版來(lái)控制泡沫體系中的氣泡演化，抑制了奧斯特瓦爾德（Ostwald）熟化，最終獲得精確可控的泡沫圖案。有機(jī)分子的組裝分為氣泡演化和分子組裝兩個(gè)階段，分別由拉普拉斯壓和分子間相互作用控制。通過(guò)調(diào)控組裝過(guò)程中的溶液濃度和接觸角，可以得到大面積的有機(jī)分子圖案，圖案精度達(dá)80nm。

(a)TPPS網(wǎng)格的SEM圖像; (b) 不同寬度的TPPS線(xiàn)段SEM圖像; (c) AFM三維成像; (d) 不同組裝條件下的相圖。比例尺：(a) 50 μm ; (b) 500 nm.

研究人員通過(guò)SEM和AFM表征了所獲得TPPS網(wǎng)格的微觀形貌，表明該組裝方法得到的網(wǎng)格具有規(guī)整的微觀形貌。他們還詳細(xì)研究了基底接觸角和TPPS溶液濃度對(duì)于組裝結(jié)果的影響，指出在相對(duì)親水（接觸角 < 60°）和適中的溶液濃度下，可以得到最優(yōu)的組裝結(jié)果。

(a)紫外吸收譜 (b)Pi-A曲線(xiàn) (c)原位二次諧波信號(hào)檢測(cè) (d, e)分子動(dòng)力學(xué)模擬的組裝結(jié)果 (f)氣泡輔助組裝的多級(jí)示意圖

結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬、紫外光譜、微區(qū)拉曼以及二次諧波檢測(cè)，他們給出了在氣泡輔助條件下的分子多層次組裝結(jié)構(gòu)。研究表明：表面活性劑分子以及有機(jī)功能分子在組裝過(guò)程中承擔(dān)了不同功能；對(duì)于由表面活性劑和有機(jī)功能分子組成的雙組分組裝體系，表面活性劑與有機(jī)功能分子需要有相同的電荷，以保證氣泡系統(tǒng)的穩(wěn)定。

該方法為實(shí)現(xiàn)有機(jī)功能分子的高精度的圖案化提供了新策略，在分子器件的制備領(lǐng)域有廣泛普適性。

文章以A Bubble-Assisted Approach for Patterning Nanoscale Molecular Aggregates 為題發(fā)表在發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。文章第一作者是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所博士研究生閔凡一，通訊作者是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所喬雅麗研究員和宋延林研究員。

原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202103765

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