利用STM研究苝四羧酸分子间的作用机制
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一
， 纳米 器件 等 ， 都 成 为科 学 家们 热 衷 于研 究 的课 题 ． 其 中以茈
３ ， ４， ９ ， １ ０一四羧酸 酐 （ Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ ） 的应 用最 为广泛 ， 因为这种 酸 酐具 有高 度 有序 的平 面结 构 ， 强 导 电性 ， 突 出
的化学稳定性等． 这些性质使得其在科学和技术领域中具有潜在的应用价值 ， 有待研究者们去发现 ， 如传感
刘春华 ， 李亿保 ， 谢 云志 ， 李 勋 ， 范小林
（ 赣南师范学院 化学化工学院 ， 江西 赣州
摘
３ ４ １ ０ ０ ０ ）
要： 通过对 花 一 ３ ， ４ ， ９ ， １ ０一四 羧 酸 二 酐 （ Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ）酸 化 ， 合 成 了芤 一３ ， ４， ９ ， １ ０一四羧 酸 （ Ｐ Ｔ Ｃ Ａ） ， 采 用红 外 、
子 在高 定 向热解石 墨 Ｈ Ｏ Ｐ Ｇ基底 上 的二维 （ ２ Ｄ） 自组装 行为 ， 从而 揭示 了 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ分 子形 成有 序 的二 维组 装 结
构 的作 用机 制．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ９— ２ ４
基金项 目： 国家科技支撑“ 十一五” 计划重点项 目（ ２ ０ ０ ９ Ｂ Ａ Ｉ ７ ８ Ｂ Ｏ Ｏ ） ； 国家 自然科学基金项 目（ ２ １ ３ ６ ５ ０ ０ ３ ， ２ １ ３ ０ ３ ０ ２ ４ ） ； 江西省高校落地计划 项 目（ Ｋ Ｊ Ｌ Ｄ １ ３ ０ ８ ０ ） ； 江西省教育厅一般项 目（ Ｇ Ｊ Ｊ １ ３ ６ ６ ４） 作者简 介： 刘春华 （１ ９ ８ ８一 ） ， 女， 江西上饶人 ， 赣南师范学院化学化工学 院 ２ ０ １ １级硕 士研究生 ， 主要从事超分 子 自组装研究． 十通讯作者 ： 范小林 （ １ ９ ７ ０一） ， 男， 赣南师范学院化学化工学 院教授 ， 主要从事新型农药 的研究与开发 、 药理学 ．
２ ０１ ３正
赣 南 师 范 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇａ ｎ ｎ ａ ｎ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｎ ｏ ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ３
第 六期
・
材 料 合成 ・
利用 Ｓ Ｔ Ｍ 研 究 茈 四羧 酸 分 子 间 的作 用 机 制
中图分类号 ： Ｔ Ｂ ３ ０ ６
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ４— ８ ３ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ０ ３ ２— ０ ４
自从 Ｉ ｊ ｉ ｍ ａ 在 １ ９ ９ １年发现 了碳 纳米管 （ Ｃ Ｎ Ｔ ｓ ） １ １ ， 研 究 者们 开 始对 有 机半 导 体 产生 极 大 的兴趣 ， 在相 当 大 的科 学领域 中 ， 如多相 催化 ＿ ２ Ｊ ， 燃料 分子
件＿ 】 Ｊ ， 已被证 明是分 子水 平上 研究有 机 和生物体 系的重要 方法 ． 最近， 扫描 隧道显 微镜 用来 观察许 多有 机
结构 比如杯 芳 烃 ］ 、 环 噻 吩 ］ 、 金属 超分 子化合 物 和 咔唑大 环 ］ ． 这些 研 究表 明 Ｓ Ｔ Ｍ 也 适合 多酸
衍 生物 的研究 ．
大量 文 献 已经 报 道 了 Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ分 子 在 超 高 真 空 条 件 下 ， 可 以在不 同的基底表 面如 Ａ ｕ（ １ ¨） 嵋 、 （ １ １ １ ） 和Ｈ Ｏ Ｐ Ｇｌ ２ 基底 上形 成高度 有序 的二 维 自组装 结 构 ， 但 常温 下 的二维 组 装 结 构未 见 报 道 ． 在 常 温 下， Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ二维 组装 结构不 够稳 定 ， 可 能是 Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ分 子与 底作 用力 不 够强 ． 若 酸化 后 ， 引入 一Ｃ Ｏ Ｏ Ｈ 问的 氢 键将 有 助于形 成二 维组装 结 构． 因此 ， 本 文将 Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ分子 酸化 后生成 具有 ４个 一Ｃ Ｏ Ｏ Ｈ的共轭 化合 物 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ， 再借 助 Ｓ Ｔ Ｍ研究 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ分
构或 纳米 阵列 ， 进而 实现 结构 的功能 化． 目前 ， 对 于如 何构 筑具 有 高稳 定 性 、 大小 可 控 、 特 殊 功 能 的 自组 装 结
构仍然是个挑战性的课题． 在这些弱的相互作用 中， 氢键具有高度有序的方向性和选择性特点 ， 从而被广泛 用 于作 为构建二 维 或三维 纳米结 构 的驱动 力． 扫描 隧道 显 微 镜 具 有 超 高 的 分 辨 率 和 各 种 工 作 环 境 的 优 势 包 括 固 一液 界 面¨ Ｈ 和 超 高 真 空 条
氢谱等方法对 目标产物进行 了表征 ． 并且采用荧光光谱研 究 了产物 的光学性质 ， 结果表 明： 酸化后 的 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ表现 出 很强的 荧光特性． 为 了进一步揭示分子作 用机制 ， 以高定向热解石 墨 Ｈ Ｏ Ｐ Ｇ（ Ｈ ｉ ｇ ｈ ｌ ｙ Ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ Ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ） 为基
器、 纳米 电子 学 、 电池 、 纳米复 合材 料等 ．
文献 报 道表 明利用 自组装 的方 式可 以 成功 构筑 功 能 纳米 结 构 ＿ ６ ｊ ． 人们 采 用 “自下 而 上 ” 的组 装 技术 ， 已
经制备 了各 种纳 米结 构． 自组装是 指基 本结 构单元 通过 分子 间 的非 共 价键作用 ， 自发地形 成有 序 聚集 体 的过 程． 该 过程 的特 点是不 受外 力影 响 ， 一 旦 开始 ， 将 自动进 行 到 某个 终 点 Ｊ ． 其 驱 动 力来 源 于 分 子 间弱 相 互 作 用力 的协 同作用 ， 如氢 键 ］ 、 金属配 位 一 、 范 德华 ¨ ¨ 和偶极 一 偶 极相 互作用 力 ¨ ． 根 据要求 选择 具有 特 殊 功能 的作 用基 团并 以之为 起点在 合适 的基 底材料 上进 行设 计 组装 ， 构 筑具 有 特定 形状 和 特殊 功 能 的纳 米 结
底， 利 用扫 描 隧道 显 微 镜 （ Ｓ Ｔ Ｍ） 研 究了 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ 分子 在 固 一液 界 面 的 二 维 （ ２ Ｄ）自组 装 行 为 ， 实验 结 果 表 明 了分 子 间 的 作 用 力来 源于 分 子 间的 氢 键 和 ７ ｒ 一７ ｒ 堆 积 相 互作 用 力．
关键词 ： 花 一３ ， ４， ９ ， １ ０一四羧 酸 ； 分 子 间作 用 力 ； 扫 描 隧道 显 微 镜 （ Ｓ Ｔ Ｍ）
， 纳米 器件 等 ， 都 成 为科 学 家们 热 衷 于研 究 的课 题 ． 其 中以茈
３ ， ４， ９ ， １ ０一四羧酸 酐 （ Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ ） 的应 用最 为广泛 ， 因为这种 酸 酐具 有高 度 有序 的平 面结 构 ， 强 导 电性 ， 突 出
的化学稳定性等． 这些性质使得其在科学和技术领域中具有潜在的应用价值 ， 有待研究者们去发现 ， 如传感
刘春华 ， 李亿保 ， 谢 云志 ， 李 勋 ， 范小林
（ 赣南师范学院 化学化工学院 ， 江西 赣州
摘
３ ４ １ ０ ０ ０ ）
要： 通过对 花 一 ３ ， ４ ， ９ ， １ ０一四 羧 酸 二 酐 （ Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ）酸 化 ， 合 成 了芤 一３ ， ４， ９ ， １ ０一四羧 酸 （ Ｐ Ｔ Ｃ Ａ） ， 采 用红 外 、
子 在高 定 向热解石 墨 Ｈ Ｏ Ｐ Ｇ基底 上 的二维 （ ２ Ｄ） 自组装 行为 ， 从而 揭示 了 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ分 子形 成有 序 的二 维组 装 结
构 的作 用机 制．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ９— ２ ４
基金项 目： 国家科技支撑“ 十一五” 计划重点项 目（ ２ ０ ０ ９ Ｂ Ａ Ｉ ７ ８ Ｂ Ｏ Ｏ ） ； 国家 自然科学基金项 目（ ２ １ ３ ６ ５ ０ ０ ３ ， ２ １ ３ ０ ３ ０ ２ ４ ） ； 江西省高校落地计划 项 目（ Ｋ Ｊ Ｌ Ｄ １ ３ ０ ８ ０ ） ； 江西省教育厅一般项 目（ Ｇ Ｊ Ｊ １ ３ ６ ６ ４） 作者简 介： 刘春华 （１ ９ ８ ８一 ） ， 女， 江西上饶人 ， 赣南师范学院化学化工学 院 ２ ０ １ １级硕 士研究生 ， 主要从事超分 子 自组装研究． 十通讯作者 ： 范小林 （ １ ９ ７ ０一） ， 男， 赣南师范学院化学化工学 院教授 ， 主要从事新型农药 的研究与开发 、 药理学 ．
２ ０１ ３正
赣 南 师 范 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇａ ｎ ｎ ａ ｎ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｎ ｏ ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ３
第 六期
・
材 料 合成 ・
利用 Ｓ Ｔ Ｍ 研 究 茈 四羧 酸 分 子 间 的作 用 机 制
中图分类号 ： Ｔ Ｂ ３ ０ ６
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ４— ８ ３ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ０ ３ ２— ０ ４
自从 Ｉ ｊ ｉ ｍ ａ 在 １ ９ ９ １年发现 了碳 纳米管 （ Ｃ Ｎ Ｔ ｓ ） １ １ ， 研 究 者们 开 始对 有 机半 导 体 产生 极 大 的兴趣 ， 在相 当 大 的科 学领域 中 ， 如多相 催化 ＿ ２ Ｊ ， 燃料 分子
件＿ 】 Ｊ ， 已被证 明是分 子水 平上 研究有 机 和生物体 系的重要 方法 ． 最近， 扫描 隧道显 微镜 用来 观察许 多有 机
结构 比如杯 芳 烃 ］ 、 环 噻 吩 ］ 、 金属 超分 子化合 物 和 咔唑大 环 ］ ． 这些 研 究表 明 Ｓ Ｔ Ｍ 也 适合 多酸
衍 生物 的研究 ．
大量 文 献 已经 报 道 了 Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ分 子 在 超 高 真 空 条 件 下 ， 可 以在不 同的基底表 面如 Ａ ｕ（ １ ¨） 嵋 、 （ １ １ １ ） 和Ｈ Ｏ Ｐ Ｇｌ ２ 基底 上形 成高度 有序 的二 维 自组装 结 构 ， 但 常温 下 的二维 组 装 结 构未 见 报 道 ． 在 常 温 下， Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ二维 组装 结构不 够稳 定 ， 可 能是 Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ分 子与 底作 用力 不 够强 ． 若 酸化 后 ， 引入 一Ｃ Ｏ Ｏ Ｈ 问的 氢 键将 有 助于形 成二 维组装 结 构． 因此 ， 本 文将 Ｐ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ分子 酸化 后生成 具有 ４个 一Ｃ Ｏ Ｏ Ｈ的共轭 化合 物 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ， 再借 助 Ｓ Ｔ Ｍ研究 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ分
构或 纳米 阵列 ， 进而 实现 结构 的功能 化． 目前 ， 对 于如 何构 筑具 有 高稳 定 性 、 大小 可 控 、 特 殊 功 能 的 自组 装 结
构仍然是个挑战性的课题． 在这些弱的相互作用 中， 氢键具有高度有序的方向性和选择性特点 ， 从而被广泛 用 于作 为构建二 维 或三维 纳米结 构 的驱动 力． 扫描 隧道 显 微 镜 具 有 超 高 的 分 辨 率 和 各 种 工 作 环 境 的 优 势 包 括 固 一液 界 面¨ Ｈ 和 超 高 真 空 条
氢谱等方法对 目标产物进行 了表征 ． 并且采用荧光光谱研 究 了产物 的光学性质 ， 结果表 明： 酸化后 的 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ表现 出 很强的 荧光特性． 为 了进一步揭示分子作 用机制 ， 以高定向热解石 墨 Ｈ Ｏ Ｐ Ｇ（ Ｈ ｉ ｇ ｈ ｌ ｙ Ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ Ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ） 为基
器、 纳米 电子 学 、 电池 、 纳米复 合材 料等 ．
文献 报 道表 明利用 自组装 的方 式可 以 成功 构筑 功 能 纳米 结 构 ＿ ６ ｊ ． 人们 采 用 “自下 而 上 ” 的组 装 技术 ， 已
经制备 了各 种纳 米结 构． 自组装是 指基 本结 构单元 通过 分子 间 的非 共 价键作用 ， 自发地形 成有 序 聚集 体 的过 程． 该 过程 的特 点是不 受外 力影 响 ， 一 旦 开始 ， 将 自动进 行 到 某个 终 点 Ｊ ． 其 驱 动 力来 源 于 分 子 间弱 相 互 作 用力 的协 同作用 ， 如氢 键 ］ 、 金属配 位 一 、 范 德华 ¨ ¨ 和偶极 一 偶 极相 互作用 力 ¨ ． 根 据要求 选择 具有 特 殊 功能 的作 用基 团并 以之为 起点在 合适 的基 底材料 上进 行设 计 组装 ， 构 筑具 有 特定 形状 和 特殊 功 能 的纳 米 结
底， 利 用扫 描 隧道 显 微 镜 （ Ｓ Ｔ Ｍ） 研 究了 Ｐ Ｔ Ｃ Ａ 分子 在 固 一液 界 面 的 二 维 （ ２ Ｄ）自组 装 行 为 ， 实验 结 果 表 明 了分 子 间 的 作 用 力来 源于 分 子 间的 氢 键 和 ７ ｒ 一７ ｒ 堆 积 相 互作 用 力．
关键词 ： 花 一３ ， ４， ９ ， １ ０一四羧 酸 ； 分 子 间作 用 力 ； 扫 描 隧道 显 微 镜 （ Ｓ Ｔ Ｍ）