調控有機小分子的奈米形態(morphology)不再是夢想！由德國與法國科學家組成的研究團隊最近開發一新製程，能使用不同的光源來觸發並調控有機超分子(supramolecular)的自組裝(self-assembly)行為，並進一步控制其形貌。到目前為止，這類光觸發-自組裝過程只見於無機材料系統中(如奈米金屬粒子)，這是科家學首度將這樣的製程應用於有機材料小分子上。 由Nicolas Giuseppone領軍的塞德隆研究所(Institut Charles Sadron, Strasbourg)及斯圖加特大學高分子化學研究所(Institut für Polymerchemie, University of Stuttgart)的研究團隊以有機小分子單體為起點，透過不同的光源去誘使小分子自組形成巨大的有機分子團聚物─三芳胺-富勒烯複合體(triarylamine-fullerene conjugates)。所謂的「自組裝」是一種「由小而大」(bottom-up)的過程：從最基礎的單元開始，透過重複的聚集堆疊，最後得到預期的個體形態。由於具有簡單、快速且低製作成本的特質，這種分子設計概念已被廣泛應用於製備各種奈米結構。 在含氯溶液及適當光源的照射下, 三芳胺(triarylamine)會氧化形成三芳基銨(triarylammonium)陽離子，促使自組裝行為的發生。三芳基銨陽離子會聚集形成一穩定的核種，此核種進一步去締結其他未氧化的三芳胺分子，堆疊在一起而長成更巨大的超分子結構體。 Giuseppone表示，有趣的是只需稍微改變核種的數目，就能控制所產生的超分子結構；更有甚者，改變光源的特性就能控制這種自組裝過程的變化！例如，鹵素燈光源會產生長且堅硬的超纖維狀分子，而太陽光照射則能誘使球狀微結構的產生。 控制奈米/微米超分子結構與形態在材料科學領域裡一直是件重要的事情，因為材料的結構與性質往往密不可分。在三芳胺-富勒烯複合體系統中，三芳胺纖維因互相堆疊而形成傳遞正電荷(電洞)的連續通道；此外，富勒烯會因受到三芳胺分子的牽引而另外形成與之平行的連續通道，可用來傳輸陰離子(電子)。換言之，這種超分子複合體很適合用來製作太陽電池。 電子-電洞的再結合一直是塊材異質接面(bulk heterojunctions)太陽電池所需解決的難題，而三芳胺-富勒烯超分子結構可提供適當的界面，讓電子-電動對電極中遷移而不輕易結合，正好為太陽電池研究人員提供了一道突破困境的曙光。詳見近期ACS Nano | doi:10.1021/nn506646m。 |