基于两亲分子自组装形成的纳米螺旋在手性光学及微污染处理方面的应用

• 作 者: 马思佳
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 两亲分子 自组装 手性传递 能量传递 凝胶因子 重金属离子 水净化装置

材料的性质取决于组成基元之间的相互作用,因此,超分子化学已在材料领域发挥了重要的作用。超分子自组装是指基元分子通过非共价键(例如氢键,范德华相互作用,π-π堆积,疏水相互作用等)相互结合起来形成的复杂有序的聚集体,这是构筑新的结构以及功能的重要手段之一,受到了全世界越来越多的科学家的重视及应用。进一步的,超分子手性定义了超分子水平的手性,在自然界中,许多的组织和结构都是基于分子之间的自组装而构建的,并通过多种信号的传输以及不同功能的协调来完成复杂的生命进程。生物组装体是如何实现手性的多级次传递和功能的,使研究超分子化学的作用方式的重要性日益明显。研究者受到自然界的启发,设计合成新型的构筑单元并有效的调控其组装和功能化受到越来越多的关注。(1)基于手性和能量传递的两亲分子自组装纳米螺旋及其白色CPL:近年来,具有圆偏振发光(CPL)活性的各种手性纳米结构引起了越来越多的兴趣。在这项工作中,我们设计了一种含有萘基团的手性bola型两亲分子(bola-1),并且发现它可以在DMSO-H2O混合溶剂中自组装形成均匀的纳米螺旋,而且这种纳米螺旋结构表现出明显的CPL发射。此外,我们将三个荧光分子,芘甲酸(D2),罗丹明110(D3)和罗丹明B(D4)引入到由bola-1形成的螺旋结构中,然后构建了以bola-1为供体,D2 D3 D4为受体的手性及能量传递系统。基于这种从bola-1纳米结构到各种荧光分子的能量和手性传递,制备了多色CPL超分子材料。并且可以通过调节体系中各种荧光分子的比例,获得白色的CPL发射。这项工作扩展了超分子纳米结构在手性光学领域的应用。(2)手性两亲分子水凝胶的自组装用于去除水中的重金属和有机污染物:在缺乏高效净水设施和工业污染的地区,深度去除污水中重金属离子和有机污染物以获得纯净饮用水是一个亟待解决的问题。我们采用基于bola型两亲分子的自组装水凝胶作为过滤器和吸附剂,以去除水中的污染物。选择两种bola两亲分子HDGA和HDGH作为凝胶因子,它们可以分别自组装成手性纳米管和纳米纤维。实验表明基于HDGA凝胶的过滤装置可以选择性地从水中吸附部分有机染料。更有趣的是,基于HDGH水凝胶的过滤装置可以选择性地吸附重金属离子(Pb2+,Cd2+,Ni2+,Cu2+,Co2+),并且不会去除水中的无害金属离子(Na+,K+,Zn2+,Ca2+,Mg2+)。因此,在过滤柱内将HDGA和HDGH水凝胶串联连接后,制得了高效的水净化系统。