获得高精度的分子组装模式是功能分子器件制备和应用的前提。在气液界面，经典的L-B膜组装技术已经能够实现分子精度，但在图案化方面存在巨大挑战。由大量气泡组成的泡沫体系具有很大的比表面积，气泡间的液膜厚度可达几十纳米（普通黑膜）甚至几纳米（牛顿黑膜），具有很大的获得高精度图案的潜力。

在国家自然科学基金委、科技部、科学院的大力支持下，中国科学院绿色印刷研究所重点实验室宋彦林课题组化学对利用气泡模板实现高精度功能材料图案化进行了系统研究。研究人员首先使用图案化硅柱微阵列作为模板，成功抑制了二维气泡阵列中的 Ostwald 成熟（Nat Commun 2017, 8, ）；在此基础上，利用气泡组装纳米银粒子制备透明电极，通过合理的图案设计，成功消除了莫尔条纹（Adv. Optical Mater. 2017, 5, ）。

最近，研究人员利用二维气泡组装了TPPS（meso-tetra(4-sulfonatophenyl) porphyrin）分子，获得了精度约为80 nm的分子组装图谱。研究表明，气泡辅助分子组装的过程可分为气泡演化和分子组装两个阶段。前一阶段持续时间短，主要驱动力为拉普拉斯压力；后一阶段持续时间较长，主要依靠分子间的相互作用来实现组装。紫外吸收光谱分析表明，TPPS分子最终以J聚集形式存在于图案网格中；二次谐波检测和分子动力学模拟表明，在组装体系中，表面活性剂分子SDS（十二烷基硫酸钠）不进入TPPS分子的组装结构，仅起到稳定气液界面的作用。综合实验和理论模拟结果发现，要成功实现气泡辅助组装，表面活性剂和组装分子必须具有相同的电荷，以保证组装过程中气液界面的稳定性。

图1 泡群辅助组装过程及组装结构的分子模型和光学照片

该研究成果具有良好的普适性，为获得高精度功能分子图谱提供了一种新的策略，可广泛应用于分子器件的制备和性能研究，以及分子自组装行为的研究和分子间相互作用。提供新技术。相关研究成果发表于近期的Angewandte Chemie International Edition（Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.）。通讯作者为宋彦林研究员和乔亚丽研究员。第一作者为博士生范繁义。

来源：化学研究所

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