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在本论文中,我们致力于研究一些简单有机小分的设计、合成和其动态自组装,尤其侧重于新型拓扑结构构筑单元的设计,超分子自组装的多重刺激响应性,多层次超分子自组装控制和形貌转变等等。除此之外,我们还研究了具有荧光基团的有机小分子构筑单元的设计,组装以及组装过程中的光物理化学行为。论文主要研究了以下四个方面：一、p-环糊精有机凝胶材料的制备和表征我们通过溶剂体系设计,制备了基于本体p-环糊精的超分子凝胶材料,并通过电子显微镜和偏光显微镜研究了凝胶的纳米形貌,探究了其形成机理和分子排列。1)在有机小分子诱导下,DMF/LiCl/β-环糊精体系的凝胶化时间,凝胶纳米形貌均可以被灵活的调控。我们研究了带有不同取代基的有机小分子对凝胶时间的调控,发现其成氢键能力在凝胶化过程中有着重要作用。有趣的是,小分子诱导的凝胶可以在高温下迅速形成,为一些特殊的工业生产提供了潜在的材料。2)我们发现乙二胺可以特异性的诱导DMF/LiCl/β-环糊精体系在室温下形成由晶体微颗粒组成的凝胶。由于乙二胺的存在,该晶型凝胶具有多重刺激响应性,比如酸碱响应,铜离子响应等等。3)我们仅仅利用溶剂策略,在DMF/水体系中凝胶化p-环糊精,得到了环糊精无盐凝胶。该体系的流变学性质得到系统研究。我们并利用小角X射线散射技术第一次揭示了p-环糊精在凝胶化过程中的管状堆积和简单立方堆积。该体系又被用来制备可切换的多组分凝胶体系。我们引入月桂酸钠作为第二种凝胶成分,其聚集和主客体包合状态可以通过外界添加剂调节。二、基于叶酸自组装纳米结构叶酸及其衍生物在过去的研究中是形成液晶的有效构筑单元,但是在有序形貌的制备上仍存在挑战。我们通过氢键和配位作用力构建出几种不同形式的叶酸凝胶,并研究了其在组装中的分级现象。1)叶酸钠在过渡金属离子的诱导下,可以以自生长的方式生成水凝胶。不完全的金属配位,氢键和π-π堆积是构成凝胶的关键。同时,由于其自生长特性,我们能以自发和添加凝胶剂两种方式制备多层叶酸水凝胶。2)利用不良溶剂策略,叶酸可以在DMSO/水中聚集成超分子聚合物状凝胶。我们系统研究了凝胶的形成机理,形貌和机械学性能,还揭示了叶酸在不良溶剂中浓度依赖的聚集形式多样性,即从囊泡,纳米线到纳米球的转换。3)叶酸在水相中可以和三聚氰胺相互作用生成复合物,该复合物可以在水相中生成多重纳米结构,从低浓度的单层膜到球晶再到微米片组成的网状结构。这种浓度依赖的多重分级自组装可以为叶酸特种功能材料的合成提供新的途径。三、芳基氨基酸的自组装,手性放大和石墨烯共混物的制备尽管芳基多肽已经被证明为有效的水体系组装单元,但是对于芳基氨基酸来说,仍然存在很大的困难。这是因为芳基氨基酸之间的氢键数目较少,无法促进有效的超分子聚集。1)我们选取芳基谷氨酸作为构筑单元,利用良/不良溶剂策略来制备超分子凝胶材料。我们发现在混合溶剂环境中,芴基谷氨酸可以缓慢从乳状液生成有高度粘弹性的半透明凝胶。利用时间分辨的流变学手段我们研究了该动态过程。2)为了稳定和调节芳基氨基酸凝胶,我们引入三聚氰胺作为调节剂。三聚氰胺可以和谷氨酸的羧基相互作用,在未改变谷氨酸原有聚集形态的基础上,将纤维分散并稳定在水中。我们还第一次揭露了三聚氰胺作为非手性单元可以使得超分子手性反转的现象和原因。3)新型芳基谷氨酸单元可以作为石墨烯液相剥离试剂。我们合成了两种有不同共轭结构的谷氨酸单元。它们可以组装形成不同的纳米结构,也可以在超声辅助下将石墨剥离成数层石墨烯。在将依附在石墨烯表面的聚集体自组装后,我们得到了石墨烯-纳米纤维共混物。四、超分子聚集中的光物理化学行为我们通过设计合成了氰基二苯乙烯衍生物、萘酰亚胺衍生物等,成功将一些发光基团引入有机分子构筑单元中,在进一步研究其在超分子聚集中的发光现象时,发现了聚集诱导发光、聚集诱导的光颜色转换、以及白光纳米聚集体的形成和超分子聚集体中的能量转移等许多特色现象。1)胆固醇-氰基二苯乙烯可以在水相中生成单壁囊泡,其尺寸可以通过控制良溶剂的体积比来调节。在囊泡的生成过程中,体系的荧光呈现出从无到有的行为,是典型的聚集诱导荧光现象。光致异构导致囊泡融合为纳米管,但体系的荧光经历了淬灭过程。最后我们利用该体系成功检测双氧水的存在。2)我们进一步合成了氰基二苯乙烯吡啶盐结构,其可以在水中组装形成囊泡和纳米带。在加入葫芦脲7后,纳米聚集体消失,同时体系的荧光强度得到大幅度上升,这点是由于和葫芦脲7主客体包合后对氰基二苯乙烯的转动限制造成的。同时,体系也有光致形貌转换的性质。3)我们研究了芘基谷氨酸钠和萘酐基谷氨酸钠的紧密自组装和荧光发射颜色转换现象。我们发现芘基谷氨酸钠和萘酐基谷氨酸钠单独在水中均可以组装形成囊泡。在混合后,它们形成紧密的堆积,也展示出囊泡状的纳米聚集体。在受激发后,芘基的荧光以能量传递的方式转移到萘酐基谷氨酸钠受体上,而且体系的发光颜色也可以得到良好的调控。4)我们合成出萘酐基-胆固醇单元,其含有极性头基和非极性尾基。该分子在非极性溶剂中和极性溶剂中都可以形成规整纳米聚集体。比如,低极性溶剂促进超级凝胶的形成,高极性溶剂中形成不常见的纳米圆环,螺旋线,以及圆环-螺旋异质接,囊谗。最后我们发现,在90 vo1%水存在下,随着浓度的增加,囊泡会逐渐以囊泡融合的机理聚集成为纳米管道。