超分子組裝是自下而上創(chuàng)造新物質(zhì)和產(chǎn)生新功能的重要手段。利用該方法可以構(gòu)筑多級(jí)組裝結(jié)構(gòu)，獲得動(dòng)態(tài)、多功能及高性能的超分子材料。超分子材料中對(duì)外場作用非常靈敏的分子間弱相互作用力為組裝體的結(jié)構(gòu)形態(tài)與功能調(diào)控提供了可能，從而賦予材料以刺激響應(yīng)性以及自修復(fù)等優(yōu)異性能。本書將以此為背景，著重論述沈家驄院士及其所在的超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近年來在基于超分子理念的高性能光電材料、金屬簇及其組裝材料、生物超分子組裝材料、超分子自修復(fù)材料以及超分子材料多尺度模擬和表征方法等領(lǐng)域所取得的主要進(jìn)展。
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目 錄
前 言
第1章 超分子自組裝材料的多尺度模擬研究方法 1
1.1 引言 1
1.2 模擬方法簡介 4
1.2.1 基于粒子描述的模擬方法 4
1.2.2 基于場描述的理論方法 7
1.3 構(gòu)建多尺度模擬體系的粗�；桨� 8
1.3.1 概述 8
1.3.2 基于模擬體系結(jié)構(gòu)性質(zhì)的粗粒化方案 10
1.3.3 基于模擬體系熱力學(xué)性質(zhì)的粗�；桨� 17
1.3.4 基于模擬體系能量/力匹配方法的粗�；桨� 20
1.3.5 基于分子動(dòng)力學(xué)的雜化模擬方案 23
1.4 總結(jié)與展望 25
參考文獻(xiàn) 26
第2章 超分子光電材料及器件 31
2.1 有機(jī)發(fā)光材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 31
2.1.1 H-聚集 31
2.1.2 J-聚集 31
2.1.3 交叉聚集 36
2.1.4 其他聚集方式 38
2.2 超分子發(fā)光晶體結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系 39
2.2.1 分子構(gòu)型與發(fā)光性能 40
2.2.2 分子構(gòu)象與發(fā)光性能 41
2.2.3 分子排列與發(fā)光性能 42
2.2.4 超分子作用距離與發(fā)光性能 46
2.3 單苯環(huán)發(fā)光材料 47
2.3.1 單苯環(huán)發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)特征 47
2.3.2 單苯環(huán)發(fā)光顏色調(diào)控 51
2.3.3 單苯環(huán)發(fā)光材料應(yīng)用 55
2.4 柔性有機(jī)超分子發(fā)光單晶 57
2.4.1 塑性有機(jī)晶體材料 57
2.4.2 彈性有機(jī)晶體材料 61
2.4.3 彈性發(fā)光晶體材料 63
2.5 總結(jié)與展望 68
參考文獻(xiàn) 68
第3章 有機(jī)電致發(fā)光激發(fā)態(tài)新概念：由單分子到超分子 72
3.1 研究背景與關(guān)鍵問題 72
3.1.1 有機(jī)電致發(fā)光過程中自旋統(tǒng)計(jì)問題 72
3.1.2 金屬配合物磷光材料突破自旋統(tǒng)計(jì) 73
3.1.3 共軛聚合物材料突破自旋統(tǒng)計(jì) 74
3.1.4 延遲熒光材料突破自旋統(tǒng)計(jì) 75
3.2 中性自由基發(fā)光的雙線態(tài) 76
3.2.1 有機(jī)自由基分子簡介 77
3.2.2 一些常見的穩(wěn)定中性自由基分子分類 78
3.2.3 雙線態(tài)發(fā)光自由基材料與器件 79
3.3 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài) 83
3.3.1 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的提出 83
3.3.2 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的形成 85
3.3.3 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的特征 86
3.3.4 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的分子設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)調(diào)控 93
3.3.5 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)材料、器件與應(yīng)用 96
3.4 有機(jī)π-π作用雙(超)分子激發(fā)態(tài) 99
3.4.1 激基締合物的定義和特征 100
3.4.2 高效率和長壽命的π-π作用雙分子發(fā)光 101
3.4.3 高效率π-π作用雙分子發(fā)光的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 106
3.4.4 離散π-π二聚體堆積的分子設(shè)計(jì)與超分子構(gòu)筑 107
3.4.5 雙分子與超分子發(fā)光材料及應(yīng)用 110
3.5 總結(jié)與展望 113
參考文獻(xiàn) 113
第4章 金屬簇組裝材料 119
4.1 背景介紹 119
4.1.1 金屬納米簇的概念與特點(diǎn) 119
4.1.2 金屬納米簇的主要性質(zhì)及應(yīng)用 120
4.1.3 金屬納米簇的聚集誘導(dǎo)發(fā)光現(xiàn)象 123
4.2 金屬納米簇組裝材料的形貌調(diào)控 124
4.2.1 金納米簇片狀組裝材料 124
4.2.2 金納米簇組裝材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與組裝動(dòng)力學(xué) 127
4.2.3 銅納米簇組裝材料 131
4.2.4 金屬納米簇組裝材料的衍生物 133
4.3 自組裝誘導(dǎo)增強(qiáng)金屬納米簇發(fā)光 135
4.3.1 基于銅納米簇的自組裝誘導(dǎo)增強(qiáng)發(fā)光材料 135
4.3.2 銅納米簇自組裝材料的發(fā)光中心 137
4.4 全光譜發(fā)射的銅納米簇自組裝材料 141
4.4.1 缺陷調(diào)節(jié)的自組裝誘導(dǎo)發(fā)光 141
4.4.2 金屬摻雜調(diào)控自組裝材料發(fā)光 144
4.4.3 配體調(diào)控自組裝材料發(fā)光 148
4.4.4 鹵原子調(diào)控自組裝材料發(fā)光 151
4.4.5 簇間距調(diào)控自組裝材料發(fā)光 153
4.5 基于金屬納米簇自組裝材料的LED 155
4.5.1 單色光及白光LED 156
4.5.2 器件構(gòu)筑新方法 156
4.6 總結(jié)與展望 160
參考文獻(xiàn) 160
第5章 光功能納米晶與聚合物復(fù)合超分子材料 165
5.1 引言 165
5.2 光功能納米基元的制備 166
5.2.1 半導(dǎo)體納米晶 166
5.2.2 碳基納米點(diǎn) 166
5.3 納米晶/聚合物復(fù)合超分子材料的制備方法及性質(zhì) 167
5.3.1 納米晶/聚合物復(fù)合超分子材料的制備方法 168
5.3.2 納米晶/聚合物一維復(fù)合材料 169
5.3.3 納米晶/聚合物二維復(fù)合材料 170
5.3.4 納米晶/聚合物體相復(fù)合材料 172
5.3.5 納米晶/聚合物復(fù)合微球 172
5.4 納米晶/聚合物復(fù)合超分子發(fā)光材料 175
5.4.1 多聚羧基對(duì)CdTe納米晶的表面修飾 175
5.4.2 CdTe納米晶/咔唑類聚合物組裝白光材料 176
5.4.3 穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶/聚合物復(fù)合發(fā)光材料 177
5.4.4 碳點(diǎn)/聚合物復(fù)合超分子發(fā)光材料 178
5.5 聚合物/納米晶復(fù)合超分子光電材料 179
5.5.1 聚合物/納米晶雜化太陽能電池的基本原理及表征 179
5.5.2 超分子作用力調(diào)控活性層形貌與光電性能 181
5.5.3 水溶液加工的聚合物/納米晶雜化太陽能電池 183
5.6 納米晶/聚合物復(fù)合超分子高折射率光學(xué)材料 188
5.6.1 可聚合硫化鋅納米晶體相雜化光學(xué)材料 189
5.6.2 可聚合石墨烯量子點(diǎn)/聚合物雜化光學(xué)材料 191
5.6.3 可聚合硅納米晶/聚合物雜化光學(xué)材料 192
5.7 總結(jié)與展望 194
參考文獻(xiàn) 194
第6章 離子簇超分子復(fù)合物的組裝與功能化 201
6.1 組裝體、預(yù)組裝體和復(fù)合構(gòu)筑基元 201
6.1.1 超分子化學(xué)與自組裝 201
6.1.2 組裝的過程控制和預(yù)組裝體 203
6.1.3 構(gòu)筑基元對(duì)組裝結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的導(dǎo)向作用 204
6.2 多金屬氧簇及其超分子復(fù)合物 204
6.2.1 多金屬氧簇結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 204
6.2.2 多金屬氧簇離子復(fù)合物預(yù)組裝體 206
6.2.3 多金屬氧簇超分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)性質(zhì) 207
6.3 多金屬氧簇超分子復(fù)合物組裝結(jié)構(gòu)與組裝機(jī)理 208
6.3.1 界面組裝與溶液組裝 208
6.3.2 超分子復(fù)合物的組裝結(jié)構(gòu)與組分匹配原理 211
6.4 多金屬氧簇超分子復(fù)合物微反應(yīng)器 213
6.4.1 多金屬氧簇的催化原理 213
6.4.2 多金屬氧簇超分子復(fù)合物組裝體作為微反應(yīng)器 214
6.4.3 多金屬氧簇超分子復(fù)合物組裝體的固載及其催化氧化 218
6.5 多金屬氧簇超分子復(fù)合物液晶 222
6.5.1 液晶自組裝 222
6.5.2 超分子復(fù)合物液晶結(jié)構(gòu) 223
6.5.3 超分子復(fù)合物液晶功能性 226
6.6 多金屬氧簇超分子復(fù)合物生物成像及光熱治療 226
6.6.1 多金屬氧簇超分子復(fù)合物的水相轉(zhuǎn)移 226
6.6.2 多金屬氧簇超分子復(fù)合物組裝結(jié)構(gòu)與磁共振成像 227
6.6.3 多金屬氧簇超分子復(fù)合物多功能成像 229
6.6.4 多金屬氧簇超分子復(fù)合物生物成像與一體化治療 230
6.7 多金屬氧簇超分子復(fù)合物界面層用于有機(jī)太陽能器件 232
6.7.1 多金屬氧簇超分子復(fù)合物在聚合物太陽能電池方面的應(yīng)用 232
6.7.2 多金屬氧簇超分子復(fù)合物的界面相互作用 233
6.8 多金屬氧簇構(gòu)筑骨架結(jié)構(gòu)自組裝分離膜 234
6.8.1 靜電力和主客體識(shí)別驅(qū)動(dòng)的二維單層骨架結(jié)構(gòu) 234
6.8.2 二維單層離子骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及其納米分離膜 236
6.9 總結(jié)與展望 238
參考文獻(xiàn) 238
第7章 蛋白質(zhì)組裝材料 244
7.1 蛋白質(zhì)組裝概述 244
7.2 蛋白質(zhì)組裝驅(qū)動(dòng)力 246
7.2.1 模板誘導(dǎo)蛋白質(zhì)自組裝 246
7.2.2 蛋白質(zhì)-配體相互作用驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)自組裝 249
7.2.3 主客體識(shí)別驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)自組裝 250
7.2.4 金屬螯合作用誘導(dǎo)蛋白質(zhì)自組裝 252
7.2.5 靜電相互作用誘導(dǎo)蛋白質(zhì)自組裝 253
7.2.6 多肽調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)自組裝 255
7.2.7 聚合物調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)自組裝 256
7.2.8 共價(jià)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)自組裝 258
7.3 蛋白質(zhì)組裝體結(jié)構(gòu)與調(diào)控 259
7.3.1 一維蛋白質(zhì)組裝體 259
7.3.2 二維蛋白質(zhì)組裝體 261
7.3.3 三維蛋白質(zhì)組裝體 263
7.3.4 蛋白質(zhì)組裝結(jié)構(gòu)的調(diào)控 265
7.4 基于蛋白質(zhì)組裝體構(gòu)筑生物功能材料 269
7.4.1 生物傳感材料 269
7.4.2 生物催化材料 271
7.4.3 生物醫(yī)學(xué)診斷與治療材料 272
7.4.4 其他功能材料 274
7.5 總結(jié)與展望 276
參考文獻(xiàn) 277
第8章 動(dòng)態(tài)超分子自組裝及超分子納米機(jī)器 282
8.1 引言 282
8.2 水溶液自組裝動(dòng)態(tài)超分子納米管 283
8.2.1 納米管的開-關(guān)轉(zhuǎn)換 283
8.2.2 片層結(jié)構(gòu)卷曲成納米管 286
8.2.3 客體驅(qū)動(dòng)納米纖維膨脹成空心納米管 289
8.2.4 DNA及其管狀組裝體外殼的協(xié)同機(jī)械運(yùn)動(dòng) 291
8.3 動(dòng)態(tài)二維納米片的超分子組裝 294
8.3.1 面上接枝芳香兩親性分子形成可轉(zhuǎn)換的納米多孔片狀結(jié)構(gòu) 294
8.3.2 具有分子泵行為對(duì)映體篩選的手性多孔納米片 298
8.3.3 二維多孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)的組裝與解組裝 301
8.3.4 大環(huán)異構(gòu)體選擇性組裝成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)納米片 304
8.4 具有動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化的α-螺旋肽組裝 305
8.4.1 螺旋肽的定向組裝 305
8.4.2 用于對(duì)映體捕獲的可逆α-螺旋肽 307
8.4.3 具有手性膜的α-螺旋肽囊泡作為手性選擇性納米反應(yīng)器 309
8.5 具有響應(yīng)性的糖纖維用以調(diào)控細(xì)胞增殖 311
8.6 總結(jié)與展望 314
參考文獻(xiàn) 315
第9章 自修復(fù)超分子材料 323
9.1 引言 323
9.2 自修復(fù)材料的制備方法與分類 324
9.2.1 自修復(fù)材料的制備方法 324
9.2.2 自發(fā)型和非自發(fā)型自修復(fù)材料 333
9.3 自修復(fù)膜材料 334
9.3.1 自修復(fù)超疏水膜材料 334
9.3.2 劃痕自修復(fù)膜 340
9.4 自修復(fù)體相聚合物 349
9.4.1 自修復(fù)水凝膠與彈性體 350
9.4.2 高強(qiáng)度自修復(fù)體相材料 352
9.4.3 功能性自修復(fù)體相材料 356
9.5 總結(jié)與展望 359
參考文獻(xiàn) 360
第10章 特種功能超分子材料 368
10.1 水基超分子膠黏材料 368
10.1.1 以高分子為組裝基元的超分子膠黏劑 369
10.1.2 基于短肽及氨基酸小分子的超分子膠黏劑 372
10.2 基于衣殼蛋白組裝調(diào)控的抗HPV 新材料 378
10.2.1 概述 378
10.2.2 HPVL1單體到五聚體組裝調(diào)控平臺(tái)的構(gòu)建及相關(guān)小分子組裝調(diào)控 379
10.2.3 影響HPVL1-p形成的熱點(diǎn)(hot-spot)發(fā)現(xiàn)及以此為靶點(diǎn)的小肽類抑制劑調(diào)控 383
10.2.4 HPV16和HPV18衣殼蛋白L1的雜合共組裝調(diào)控 385
10.2.5 HPV衣殼蛋白堿性肽鏈段與含銪多金屬氧簇的組裝調(diào)控及其應(yīng)用 386
10.2.6 多金屬氧簇與HPVL1-p的共組裝 389
10.3 超分子螺旋與孔材料 391
10.3.1 概述 391
10.3.2 超分子螺旋 391
10.3.3 螺旋孔材料 396
10.4 功能超分子凝膠 398
10.4.1 不同發(fā)光顏色的熒光軟物質(zhì)材料 399
10.4.2 熱響應(yīng)熒光軟物質(zhì)材料或膜材料 400
10.4.3 具有光響應(yīng)行為的熒光軟物質(zhì)材料 400
10.4.4 氣體傳感器 401
10.4.5 離子傳感器 402
10.4.6 具有手性光學(xué)性質(zhì)的軟材料 403
10.4.7 其他應(yīng)用 404
10.5 總結(jié)與展望 405
參考文獻(xiàn) 405
第11章 表面增強(qiáng)拉曼散射活性材料與超分子表征 413
11.1 表面增強(qiáng)拉曼散射簡介 413
11.2 SERS 的基本原理 413
11.3 SERS 活性材料 415
11.3.1 貴金屬 416
11.3.2 過渡金屬 416
11.3.3 半導(dǎo)體材料 416
11.4 半導(dǎo)體拉曼散射增強(qiáng)機(jī)理 422
11.4.1 物理增強(qiáng)機(jī)理(表面等離激元共振、米氏共振) 422
11.4.2 化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理(電荷轉(zhuǎn)移共振、激子共振) 426
11.4.3 半導(dǎo)體SERS選擇定則 430
11.5 SERS活性材料用于超分子表征 432
11.5.1 SERS研究組裝體系氫鍵作用 432
11.5.2 半導(dǎo)體SERS基底研究分子間弱相互作用 441
11.6 總結(jié)和展望 441
參考文獻(xiàn) 442
第12章 單分子力譜與超分子材料 448
12.1 單分子力譜技術(shù)簡介 448
12.1.1 基于磁鑷的單分子力譜技術(shù) 449
12.1.2 基于光鑷的單分子力譜技術(shù) 450
12.1.3 基于原子力顯微鏡的單分子力譜技術(shù) 451
12.2 超分子組裝推動(dòng)力的認(rèn)識(shí) 452
12.2.1 孤立體系中相互作用 452
12.2.2 組裝體中作用力的認(rèn)識(shí) 462
12.3 基于單分子力譜的超分子材料設(shè)計(jì)與制備 469
12.3.1 仿生材料 469
12.3.2 自修復(fù)材料 470
12.3.3 多重力學(xué)響應(yīng)材料 473
12.4 力譜技術(shù)的發(fā)展 476
12.4.1 高速力譜 476
12.4.2 力精度提升 477
12.4.3 空氣相單分子力譜技術(shù) 477
12.5 總結(jié)與展望 480
參考文獻(xiàn) 481
索引 487
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