可溶性有机纳米聚合物研究获突破

4月9日，西北工业大学柔性电子研究所黄伟院士和南京邮电大学信息材料与纳米技术研究所谢凌海教授在有机纳米聚合物领域取得突破。该研究结果发表在《自然通讯》在线版上，标题为“通过中心对称分子排列的晶格和多晶格的立体选择性”。该工作首次实现了可溶性晶格基纳米聚合物的立构规整性控制。

“有机纳米聚合物作为共价纳米战略的模型，对于阐明有机半导体的结构本质及其基本物理和化学问题，克服柔性电子技术面临的巨大挑战，超越各种新兴材料(量子点、钙钛矿、二维纳米等)具有重要意义。”黄伟说，有机纳米聚合物是指以有机纳米单体为重复单元，通过共价纳米连接形成的聚合物链，具有碳纳米的链性质和聚合物的溶液加工优势。

可溶性有机纳米聚合物甚至有可能影响新一代有机宽带隙半导体材料、柔性/印刷电子器件、信息存储和神经形态计算等相关科技领域。在这种背景下，黄炜和解令海带领团队开创了多晶格有机纳米聚合物的新研究方向。

本研究中，该团队设计的A2B2型合成子不仅克服了交联问题，而且有效控制了纳米聚合物的立构规整性，为探索纳米聚合物在光电信息和生物医学领域的构效关系提供了保障。他们从团队提出的“分子吸引-排斥协同理论”(SMART)出发，利用电子给体和受体之间的π -π堆积引力和质子化氮杂芴的电荷排斥力来调节超亲电子之间的反平行和中心对称分子排列方式，从而克服傅科反应过程中热力学平衡的干扰，实现晶格和多晶格反应的内消旋化选择性。由于A1B1合成子形成的角隙与荷兰版画家莫里茨·科内利斯·埃舍尔1948年创作的手绘之间存在对应关系，他们最终将这种有机纳米聚合物命名为手绘图案。该定义还代表了纳米连接的隐喻意义，希望手绘图案在未来成为纳米连接的有效化学方式。

研究表明，由它们合成的外消旋选择性指状摇摆晶格(长度可达20-30 nm)的主链结构具有1.651马克-霍温克指数和流体动力学半径RH-m1.13的依赖关系，这证明该晶格呈现刚性棒状骨架结构，并具有纳米聚合物的预期特性，从而成为该领域的一个重要里程碑。

此外，分子动力学模拟表明，即使在塌缩状态下，介孔-聚骨架仍然具有高度各向异性的棒状骨架，并且显示出比介孔-聚骨架更强的抗塌缩性。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-020-15401-x