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利用光控制有機分子的自組裝形態

公告類型: 奈米新知
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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。

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


原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1023
譯者/譯者服務單位:薛涵宇/美國麻州大學阿默斯特分校-高分子科學與工程學院    責任編輯:蔡雅芝
發布日期: 2015/04/07
發布人員: 王芊樺