首页 > 行业资讯 > 深大李霄鹏/王恒、美国阿贡国家实验室Xuedan Ma《JACS》：配位超分子主客体化学新突破 - 成功实现对量子点的包结

深大李霄鹏/王恒、美国阿贡国家实验室Xuedan Ma《JACS》：配位超分子主客体化学新突破 - 成功实现对量子点的包结

时间：2023-02-15 来源： 浏览：

深大李霄鹏/王恒、美国阿贡国家实验室Xuedan Ma《JACS》：配位超分子主客体化学新突破 - 成功实现对量子点的包结

化学与材料科学 化学与材料科学
化学与材料科学

Chem-MSE

聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集
#配位超分子 3 个
#主客体化学 6 个
#量子点 12 个

点击蓝字关注我们

自半个世纪前冠醚被发现以来，化学家们一直致力于通过主客体化学探索纳米限域空间内的物理和化学过程。 然而，受限于大尺寸三维超分子的合成复杂以及主客体化学驱动力的调控困难，超分子主客体化学的相关研究中客体分子仍主要是有机小分子和富勒烯类化合物。 基于大尺寸客体分子的主客体化学研究，目前仅有少数课题组利用共价键连接实现了在配位超分子笼内蛋白包结以及纳米颗粒原位生长。 在众多类型的纳米颗粒中，半导体量子点和金属纳米颗粒因其独特的可调光学特性而备受关注。 然而，如何直接实现配位超分子对纳米颗 粒的包结，并且探索限域空间对纳米颗粒物理性质的影响仍然极具挑战。

图 1. 水溶性超分子笼的合成路线

基于此， 深圳大学分子尺度实验室李霄鹏教授 / 王恒副教授团队与美国阿贡国家实验室 Xuedan Ma 研究员团队利用金属配位超分子笼成功实现了对纳米颗粒（量子点）的尺寸筛选及 包结 ，取得了超分子主客体化学在客体分子尺度上的新突破，并系统研究了主客体体系的光物理性质。该论文以 “Encapsulating Semiconductor Quantum Dots in Supramolecular Cages Enables Ultrafast Guest–Host Electron and Vibrational Energy Transfer” 为题发表在化学权威期刊 J. Am. Chem. Soc. 上，并被选为封面文章。
图 2. 超分子笼对量子点的尺寸筛选及包结
该研究在五臂三联吡啶配体中引入聚乙二醇链，通过配位自组装构筑了水溶性的六棱柱形配位超分子笼（图 1 ）。 该超分子笼具有巨大的疏水空腔（模拟结构表明该空腔可容纳直径最大约为 5 纳米的球体），利用超分子笼的亲疏水作用可高效地实现对量子点的 包结 （图 2 ）。作者将超分子笼的乙腈 / 水溶液与量子点（初始尺寸分布约为 2-9 纳米）的正己烷溶液混合在一起，室温条件下搅拌即可清楚地观察到量子点逐渐从上层正己烷溶液转移到下层超分子溶液中。透射电子显微镜图像证明了超分子笼对量子点的成功 包结 ，并且当量子点的尺寸较小时，会出现两个或三个量子点被 包结 在同一个超分子笼中的情况（图 2k ）。荧光发射光谱和透射电子显微镜结果均表明，超分子笼实现了 对量子点的尺寸筛选及包结 （尺寸约为 2-5 纳米）。
图 3. 超分子笼对量子点（平均尺寸 3.7 纳米）的包结及表征
为了便于主客体复合物光物理性质的研究，作者选择了平均直径为 3.7 纳米的量子点作为客体分子，并且进一步通过紫外可见吸收光谱、核磁、动态光散射、原子力显微镜、扫描透射电子显微镜等手段对主客体复合物进行了确证（图 3 ）。能谱检测确定了超分子笼和量子点复合物的特征元素，图谱结果显示超分子结构中的氟元素主要分布在量子点特征元素的外围，证明了超分子笼对纳米颗粒的成功 包结 。
图 4. 超分子笼 @ 量子点复合体系的光物理性质研究
在此基础上，研究人员利用超快瞬态光谱、二维电子光谱、二级动态光散射等光谱 技术探索了主客体复合物光物理性质的变化。实验结果表明在复合物体系中超分子笼通过超快电子注入和振动能量转移的方式普遍提高了量子点的弛豫速率 （图 4 ） 。 该工作的开展有望为超分子主客体化学中的光催化反应、能量转换和生物成像等研究领域提供理论支撑。
作者成功构筑了具有巨大疏水空腔的配位超分子笼，实现了对纳米颗粒的直接包结，突破了配位超分子主客体化学中客体分子尺度的限制，同时也丰富了该领域客体分子的类型。该研究得到国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会基础研究基金等项目资助。美国阿贡国家实验室 Xuedan Ma 研究员和美国西北大学 Michael R. Wasielewski 教授团队探究了主客体复合物的光物理性质，美国布朗大学 Ou Chen 教授和武汉大学崔然副教授团队对量子点的合成提供了支持，南方科技大学王戊老师对主客体复合物进行了能谱检测。 深圳大学李霄鹏教授、王恒副教授和美国阿贡国家实验室 Xuedan Ma 研究员为共同通讯作者，深圳大学博士后卢帅和美国阿贡国家实验室博士后 Darien J. Morrow 为共同第一作者，深圳大学为第一通讯单位。

作者简介

向上滑动阅览

深圳大学分子尺度实验室简介

深圳大学分子尺度实验室由李霄鹏特聘教授牵头成立，致力于开展超分子化学与材料及相关领域的研究。实验室研究方向集中在质谱表征，配位键自组装超分子化学和超分子材料，具体包括：（ 1 ）利用多臂配体设计、合成巨型超分子，提供更多几何约束以防止多个实体形成并达到最稳定的热力学结构；（ 2 ）通过组装前或组装后的修饰将多种官能团结合到超分子核心结构中；（ 3 ）使用质谱法表征超分子，例如基质辅助激光解吸（ MALDI ）、电喷雾电离（ ESI ）和离子迁移质谱（ IM-MS ）；（ 4 ）探索超分子在多领域的应用，例如主客体化学，分子识别，反应性调节，超分子催化，模板合成和生物学。详细信息见分子尺度实验室主页： http://www.ms-labs.cn/

李霄鹏教授简介

李霄鹏教授， 2004 年毕业于郑州大学获化学学士学位； 2008 年于美国克里夫兰州立大学获化学博士学位； 2009-2012 年，在阿克伦大学从事博士后研究。 2012 年起，在德克萨斯州立大学任助理教授， 2016 年受聘南佛罗里达大学， 2019 年晋升终身副教授； 2020 年加入深圳大学任“腾讯创始人校友团队”冠名特聘教授。近年来在 Science 、 Nature 、 Nat. Chem. 、 J. Am. Chem. Soc. 、 Angew. Chem. 、 Nat. Commun. 、 Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 等顶级期刊发表论文 230 余篇，得到了国内外同行的广泛认可，并获得国家自然科学基金委杰出青年基金。主要研究兴趣集中在质谱仪器研制及表征技术，配位键自组装超分子化学和超分子材料。

王恒副教授简介

王恒，深圳大学副教授。 2009 年和 2015 年于北京大学化学与分子工程学院分别获理学学士和博士学位； 2015 年到 2016 年于日本北海道大学从事博士后工作； 2016 年至 2020 年分别于美国德克萨斯州立大学和南佛罗里达大学从事博士后工作。 2020 年加入深圳大学化学与环境工程学院，主要从事超分子化学和高分子化学领域的研究工作。近五年以第一作者或通讯作者发表论文 14 篇，包括 J. Am. Chem. Soc. 、 Angew. Chem. 、 Nat. Commun. 、 Nat. Rev. Mater. 等。研究方向包括具有复杂结构配位超分子的自组装、配位驱动自组装构筑构象精准聚合物、配位超分子的表界面逐级自组装等。

Xuedan Ma 研究员简介

Xuedan Ma 研究员，博士毕业于汉堡大学，美国阿贡国家实验室纳米科学与技术部门科学家，芝加哥大学普利兹克分子工程学院科学家，西北大学西北 - 阿贡科学与工程研究所研究员。主要研究兴趣包括量子光学、纳米光子学、半导体和磁性材料、高分辨单分子 / 粒子光谱和成像、磁光光谱等领域。近年来在国际顶级期刊如 Nat. Photon. 、   J. Am. Chem. Soc. 、 Angew. Chem. 、 Nat. Commun. 等发表高水平论文 50 余篇。

原文链接

https://doi.org/10.1021/jacs.2c11981

相关进展

深圳大学分子尺度实验室王恒团队 JACS：基于吡啶双咪唑三齿配体构筑pH/氧化还原刺激响应型配位超分子

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：chem@chemshow.cn

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。

版权：如无特殊注明，文章转载自网络，侵权请联系cnmhg168#163.com删除！文件均为网友上传，仅供研究和学习使用，务必24小时内删除。
相关推荐
热门信息