图 多级自组装同手性螺旋微环及其圆偏振发光性质

近日，中国科学院化学研究所刘鸣华研究员团队在精准构建自组装手性微结构研究方面取得进展。研究成果以“多级自组装同手性螺旋微环（Hierarchically self-assembled homochiral helical microtoroids）”为题，发表于《自然？纳米技术》杂志上（Nature Nanotechnology, 2022, DOI: 10.1038/s41565-022-01234-w）。

手性是物质的基本属性之一。实现多层次、跨尺度结构的拓扑形貌和手性的调控，对理解自然界同手性起源及生命体的手性功能方面起着至关重要的作用。近年来，手性分子的精准不对称合成方法得到快速发展，而具有纳米、微米乃至更大尺度的手性自组装结构却往往难以精准构建，具体体现在多级手性难以控制、结构缺陷较多、尺寸分散性较差等困难。因此，从分子结构基元的可控组装出发，实现单分散手性微结构的精准构建一直是手性科学和自组装领域的重大挑战之一。

上述团队在前期溶液手性自组装研究的基础上，发展了一种“溶液-界面联合多级自组装”的新策略，实现了手性从分子层次到微米层次的跨尺度传递与精确控制。在本项研究中，该团队设计合成了一系列联二萘手性双脲组装基元，经由程序降温在溶液中制备了具有纳米尺度的聚集体；这些纳米聚集体在溶剂蒸发和界面张力的驱动下，可进一步在二维基底上发生融合与再组装，形成具有微米尺度的单分散同手性螺旋微环结构。基于变温光谱、单晶衍射和电镜等结果，以及密度泛函计算和分子动力学模拟等理论分析结果，他们提出了一种“聚集-环化”的分级组装机制，揭示了微观结构手性调制的圆二色性与圆偏振发光性能的构效关系。通过掺杂手性受体染料，该团队还发展了基于自组装手性螺旋微环的兼具环形与圆偏振光特征的新型手性捕光天线模型（图）。

作者表示，该研究成果为理解自组装过程中手性传递与放大机制、发展多层次手性微结构与新型手性功能体系提供了一种新途径，并有望推动手性自组装技术在超分子功能材料与纳米拓扑学等领域的发展与应用。

（摘自国家自然科学基金委）