同濟大學許維教授實現弱相互作用的可逆轉變

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近日，同濟大學許維教授課題組在金屬表面通過調控覆蓋率實現了強相互作用力（配位鍵）到弱相互作用力（弱氫鍵）的轉變，並首次通過加熱脫附部分分子的方法實現了配位鍵與弱氫鍵的可逆轉變。研究成果發表在國際知名雜誌ACS Nano上。

在表面分子自組裝領域，研究組裝基元間各種弱鍵相互作用的協同及調控規律一直是一個核心科學問題。利用表面分子自組裝可控構建納米結構，決定因素主要在於對前驅體分子的設計和對襯底的選擇。通過調控前驅體分子的功能基團和分子結構，以及對襯底元素和晶格面的選擇，可以可控制備一系列低維納米結構。此外，許多其它因素也起到不可忽視的作用，比如樣品退火溫度、沉積溫度、對於多組分體系中不同分子的配比和分子密度等。改變上述因素，就有可能實現對組裝基元間各種弱鍵相互作用的調控。

為了探討弱鍵相互作用的轉變機理研究其可逆性，同濟大學許維課題組選擇了帶有氰基官能團的前驅體分子，氰基官能團既能與過渡金屬形成配位鍵，又能形成CH…N弱氫鍵相互作用，因此可以同時引入兩種弱相互作用力。而襯底選擇了Cu(111)表面，主要出於兩方面的考慮：一、室溫條件下，銅表面能提供足夠多的游離銅原子，利於形成配位結構；二、氰基傾向於形成三重配位結構，與111晶面的對稱性較為匹配。

該工作在金屬表面研究了通過調控覆蓋率實現強相互作用力（配位鍵）到弱相互作用力（弱氫鍵）的轉變，並首次通過加熱脫附部分分子的方法實現了配位鍵與弱氫鍵的可逆轉變。運用超高真空掃描隧道顯微鏡（UHV-STM）高分辨成像並結合密度泛函理論（DFT）計算，作者在原子尺度揭示了產生上述現象的機理：隨著金屬表面分子覆蓋率的增加，配位鍵逐漸被弱氫鍵取代，損失的分子間作用被增加的分子吸附能補充，使得整個體系的結合能增加。該研究成果為調控分子間作用力具有一定的指導意義。

該論文作者為：Liangliang Cai, Qiang Sun, Meiling Bao, Honghong Ma, Chunxue Yuan, and Wei Xu

Competition between Hydrogen Bonds and Coordination Bonds Steered by the Surface Molecular Coverage

ACS Nano,2017,11, 3727, DOI: 10.1021/acsnano.6b08374

導師介紹

許維

http://www.x-mol.com/university/faculty/17071

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