超分子自组装

二、自组装定义
所谓自组装，是指基本结构单元(分子， 纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发 形成有序结构的一种技术。在自组装的过 程中，基本结构单元在基于非共价键的相 互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、 具有一定规则几何外观的结构。自组装过 程并不是大量原子、离子、分子之间弱作 用力的简单叠加，而是若干个体之间同时 自发的发生关联并集合在一起形成一个紧 密而又有序的整体，是一种整体的复杂的 协同作用。
目前文献中所报道的纳米团簇超分子化学组装方法可 分为两类： 一类是利用胶体的自组装特性使团簇组装成 胶态晶体，得到二维或三维的纳米团簇超晶格；另一类 是利用纳米团簇与组装模板之间的分子识别来完成纳米 团簇的组装。 1.胶态晶体法 众所周知，胶体具有自组装的特性，而纳米团簇又很 容易在溶剂中分散形成胶体溶液，因此，只要具备合适 这一自组装过程所需要的条件［4］是：(1) 硬球排斥， (2) 统一的粒径，(3) 粒子间的范德华力和(4)体系逐渐的 去稳定。其中条件(1)和(3)是纳米团簇胶体溶液体系本身 固有的性质，条件(2)主要通过纳米团簇制备条件的控制 和适当分离方法的应用来实现［5］，因此实际上组装过 程中的可操作因素主要是胶体溶液体系稳定性的控制。
五、综述
超分子自组装机理，不仅阐明了所观察到的实验现象，而且 对其他不规则大分子自组装具有指导作用。由于诸多的自然现象， 如血管、腔肠和植物茎杆都是由有机分子通过宏观自组装形成的， 研究成果对相关学科的发展提供了有益的启示。 超分子组装技术的研究自起步以来已取得了很多非常有意义的 研究成果。有理由相信，随着超分子自组装技术的进一步发展， 超分子的各种奇异性质和功能必将得到更充分的发挥和利用，将 在科技、生产、生活等各领域发挥越来越大的作用，将成为21世 纪有重大突破的领域。
三、超分子化学、分子组装、超分 超分子化学、分子组装、 子组装及自组装
分子间相互作用的应用领域十分广阔，除了在生命 科学、高分子改性等领域外，过去20年里，在超分子化学 中尤其占有重要地位。所谓超分子化学，正如Lehn在其诺 贝尔演讲中所述：“Supermolecular Chemistry may be defined as chemistry beyond the molecule.”。一般地讲， 超分子体系是由一种或两种以上化学物质经过非共价键缔 合而成，它具有较高的结构复杂性。超分子化学的严格定 义必须包括分子识别、分子转变及分子易位过程。所以超 分子化学不仅包括化学、生物及物理问题，而且包括很多 技术问题。超分子化学研究的内容与主-客体化学（HostGuest Chemistry）、生物有机化学、生物无机化学、两 亲化合物、液晶、分子器件、新型超分子化合物的合成等 有关，其中关于分子组装、超分子组装及自组装的讨论很 多。
※科研实例
纳米团簇的超分子自组装
作者：北京大学 李彦 施祖进 周锡煌 顾镇南
摘要：在纳米材料的应用过程中，纳米团簇或纳米粒子的组装 将是非常关键的一步。纳米团簇的超分子化学组装方法可分 为两类，即胶态晶体法和模板法。胶态晶体法是利用胶体溶 液的自组装特性将纳米团簇组装成超晶格，可得到二维或三 维有序的超晶格。模板法是利用纳米团簇与组装模板间的识 别作用来带动团簇的组装，可应用的模板有固体膜、单分子 膜、有机分子、生物分子等。其中，单分子膜模板是研究最 多也是最为成熟的一种；生物分子间严密的分子识别功能使 其成为非常有发展前途的组装模板，而且用生物分子模板有 可能实现不同纳米团簇间的组装。
四、我国学者拓展超分子自组装研究占国际 领先地位
超分子自组装是近年来国际科技界关注的一个前沿热 点。人们知道蛋白质、细胞乃至生命的形成都是通过自组 装来实现的，因此自组装的研究对揭开生命现象奥秘具有 十分重要的意义，而且自组装还是目前用来制造纳米材料 的最方便最普遍的途径之一。特别对于制造结构规则的功 能材料，自组装已经显示出独一无二的优越性。可以说， 自组装研究不仅具有重要的学术意义，还具有广泛的技术 应用前景，因此吸引了众多科学家的目光。
超分子自组装
高峰、梁哲榕
一、超分子定义
超分子通常是指由两种或两 种以上分子依靠分子间相互作用 结合在一起，组成复杂的、有组 织的聚集体，并保持一定的完整 性使其具有明确的微观结构和宏国科学家诺贝尔化学奖获得者J. M. Lehn 首次提出了“超分子化学”这一概念, 他指出: “基于共价 键存在着分子化学领域, 基于分子组装体和分子间键而存 在着超分子化学” 。超分子化学是基于分子间的非共价 键相互作用而形成的分子聚集体的化学, 换句话说分子间 的相互作用是超分子化学的核心。在超分子化学中，不同 类型的分子间相互作用时可以区分的，根据他们不同的强 弱程度、取向以及对距离和角度的依赖程度，可以分为： 金属离子的配位键、氢键、π-π堆积作用、静电作用和疏 水作用等。它们的强度分布由π-π堆积作用及氢键的弱到 中等，到金属离子配位键的强或非常强，这些作用力成为 驱动超分子自组装的基本方法。人们可以根据超分子自组 装原则，使用分子间的相互作用力作为工具，把具有特定 的结构和功能的组分或建筑模块按照一定的方式组装成新 的超分子化合物。这些新的化合物不仅仅能表现出单个分 子所不具备的特有性质，还能大大增加化合物的种类和数 目。如果人们能够很好的控制超分子自组装过程，就可以 按照预期目标更简单、更可靠的得到具有特定结构和功能 的化合物。
胶态晶体法组装得到的CdSe量子点超晶格的高分辨电镜照片 (A) fcc排布的(101)面的图像及特征电子衍射图(B) fcc排布的(100)面的图像及特征电子图
2.模板法 利用模板法组装纳米颗粒时，由于选定的组装 模板与纳米颗粒之间的识别作用，而使得模板 对组装过程具有指导作用，组装过程更完善。 所选用的模板可以是固体基质、单层或多层膜、 有机分子或生物分子等等。 (1)固态高分子膜模板 (2) 单分子膜模板 (3) 简单有机分子模板 (4) 生物分子模板 (5) 混合模板法
分子组装一般是指同种或异种分子之间的长程组织， 它的结构和构造比较固定，并能提供特殊的结构 和功能。 当组装是通过分子中特殊位置的次价力而形成，例 如主—客络合物，则称为超分子组装。 自组装是指由强相互作用点及分子形状自发识别的 组装。 这种组装经常由协同效应及热力学转变而加强，而 且具有可逆的性质。这种可逆性经常因为分子识 别导向的合成（自合成）及交联而丧失。后两种 过程形成自发但不可逆的组装。