超分子材料引論

目 錄
前 言
第1章 超分子自組裝材料的多尺度模擬研究方法 1
1.1 引言 1
1.2 模擬方法簡介 4
1.2.1 基于粒子描述的模擬方法 4
1.2.2 基于場描述的理論方法 7
1.3 構建多尺度模擬體系的粗?；桨?8
1.3.1 概述 8
1.3.2 基于模擬體系結構性質(zhì)的粗?；桨?10
1.3.3 基于模擬體系熱力學性質(zhì)的粗?；桨?17
1.3.4 基于模擬體系能量/力匹配方法的粗粒化方案 20
1.3.5 基于分子動力學的雜化模擬方案 23
1.4 總結與展望 25
參考文獻 26
第2章 超分子光電材料及器件 31
2.1 有機發(fā)光材料的聚集態(tài)結構 31
2.1.1 H-聚集 31
2.1.2 J-聚集 31
2.1.3 交叉聚集 36
2.1.4 其他聚集方式 38
2.2 超分子發(fā)光晶體結構與性能關系 39
2.2.1 分子構型與發(fā)光性能 40
2.2.2 分子構象與發(fā)光性能 41
2.2.3 分子排列與發(fā)光性能 42
2.2.4 超分子作用距離與發(fā)光性能 46
2.3 單苯環(huán)發(fā)光材料 47
2.3.1 單苯環(huán)發(fā)光材料的結構特征 47
2.3.2 單苯環(huán)發(fā)光顏色調(diào)控 51
2.3.3 單苯環(huán)發(fā)光材料應用 55
2.4 柔性有機超分子發(fā)光單晶 57
2.4.1 塑性有機晶體材料 57
2.4.2 彈性有機晶體材料 61
2.4.3 彈性發(fā)光晶體材料 63
2.5 總結與展望 68
參考文獻 68
第3章 有機電致發(fā)光激發(fā)態(tài)新概念：由單分子到超分子 72
3.1 研究背景與關鍵問題 72
3.1.1 有機電致發(fā)光過程中自旋統(tǒng)計問題 72
3.1.2 金屬配合物磷光材料突破自旋統(tǒng)計 73
3.1.3 共軛聚合物材料突破自旋統(tǒng)計 74
3.1.4 延遲熒光材料突破自旋統(tǒng)計 75
3.2 中性自由基發(fā)光的雙線態(tài) 76
3.2.1 有機自由基分子簡介 77
3.2.2 一些常見的穩(wěn)定中性自由基分子分類 78
3.2.3 雙線態(tài)發(fā)光自由基材料與器件 79
3.3 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài) 83
3.3.1 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的提出 83
3.3.2 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的形成 85
3.3.3 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的特征 86
3.3.4 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)的分子設計與結構調(diào)控 93
3.3.5 雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)材料、器件與應用 96
3.4 有機π-π作用雙(超)分子激發(fā)態(tài) 99
3.4.1 激基締合物的定義和特征 100
3.4.2 高效率和長壽命的π-π作用雙分子發(fā)光 101
3.4.3 高效率π-π作用雙分子發(fā)光的實驗驗證 106
3.4.4 離散π-π二聚體堆積的分子設計與超分子構筑 107
3.4.5 雙分子與超分子發(fā)光材料及應用 110
3.5 總結與展望 113
參考文獻 113
第4章 金屬簇組裝材料 119
4.1 背景介紹 119
4.1.1 金屬納米簇的概念與特點 119
4.1.2 金屬納米簇的主要性質(zhì)及應用 120
4.1.3 金屬納米簇的聚集誘導發(fā)光現(xiàn)象 123
4.2 金屬納米簇組裝材料的形貌調(diào)控 124
4.2.1 金納米簇片狀組裝材料 124
4.2.2 金納米簇組裝材料的結構調(diào)控與組裝動力學 127
4.2.3 銅納米簇組裝材料 131
4.2.4 金屬納米簇組裝材料的衍生物 133
4.3 自組裝誘導增強金屬納米簇發(fā)光 135
4.3.1 基于銅納米簇的自組裝誘導增強發(fā)光材料 135
4.3.2 銅納米簇自組裝材料的發(fā)光中心 137
4.4 全光譜發(fā)射的銅納米簇自組裝材料 141
4.4.1 缺陷調(diào)節(jié)的自組裝誘導發(fā)光 141
4.4.2 金屬摻雜調(diào)控自組裝材料發(fā)光 144
4.4.3 配體調(diào)控自組裝材料發(fā)光 148
4.4.4 鹵原子調(diào)控自組裝材料發(fā)光 151
4.4.5 簇間距調(diào)控自組裝材料發(fā)光 153
4.5 基于金屬納米簇自組裝材料的LED 155
4.5.1 單色光及白光LED 156
4.5.2 器件構筑新方法 156
4.6 總結與展望 160
參考文獻 160
第5章 光功能納米晶與聚合物復合超分子材料 165
5.1 引言 165
5.2 光功能納米基元的制備 166
5.2.1 半導體納米晶 166
5.2.2 碳基納米點 166
5.3 納米晶/聚合物復合超分子材料的制備方法及性質(zhì) 167
5.3.1 納米晶/聚合物復合超分子材料的制備方法 168
5.3.2 納米晶/聚合物一維復合材料 169
5.3.3 納米晶/聚合物二維復合材料 170
5.3.4 納米晶/聚合物體相復合材料 172
5.3.5 納米晶/聚合物復合微球 172
5.4 納米晶/聚合物復合超分子發(fā)光材料 175
5.4.1 多聚羧基對CdTe納米晶的表面修飾 175
5.4.2 CdTe納米晶/咔唑類聚合物組裝白光材料 176
5.4.3 穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶/聚合物復合發(fā)光材料 177
5.4.4 碳點/聚合物復合超分子發(fā)光材料 178
5.5 聚合物/納米晶復合超分子光電材料 179
5.5.1 聚合物/納米晶雜化太陽能電池的基本原理及表征 179
5.5.2 超分子作用力調(diào)控活性層形貌與光電性能 181
5.5.3 水溶液加工的聚合物/納米晶雜化太陽能電池 183
5.6 納米晶/聚合物復合超分子高折射率光學材料 188
5.6.1 可聚合硫化鋅納米晶體相雜化光學材料 189
5.6.2 可聚合石墨烯量子點/聚合物雜化光學材料 191
5.6.3 可聚合硅納米晶/聚合物雜化光學材料 192
5.7 總結與展望 194
參考文獻 194
第6章 離子簇超分子復合物的組裝與功能化 201
6.1 組裝體、預組裝體和復合構筑基元 201
6.1.1 超分子化學與自組裝 201
6.1.2 組裝的過程控制和預組裝體 203
6.1.3 構筑基元對組裝結構和性質(zhì)的導向作用 204
6.2 多金屬氧簇及其超分子復合物 204
6.2.1 多金屬氧簇結構及性質(zhì) 204
6.2.2 多金屬氧簇離子復合物預組裝體 206
6.2.3 多金屬氧簇超分子復合物的結構性質(zhì) 207
6.3 多金屬氧簇超分子復合物組裝結構與組裝機理 208
6.3.1 界面組裝與溶液組裝 208
6.3.2 超分子復合物的組裝結構與組分匹配原理 211
6.4 多金屬氧簇超分子復合物微反應器 213
6.4.1 多金屬氧簇的催化原理 213
6.4.2 多金屬氧簇超分子復合物組裝體作為微反應器 214
6.4.3 多金屬氧簇超分子復合物組裝體的固載及其催化氧化 218
6.5 多金屬氧簇超分子復合物液晶 222
6.5.1 液晶自組裝 222
6.5.2 超分子復合物液晶結構 223
6.5.3 超分子復合物液晶功能性 226
6.6 多金屬氧簇超分子復合物生物成像及光熱治療 226
6.6.1 多金屬氧簇超分子復合物的水相轉(zhuǎn)移 226
6.6.2 多金屬氧簇超分子復合物組裝結構與磁共振成像 227
6.6.3 多金屬氧簇超分子復合物多功能成像 229
6.6.4 多金屬氧簇超分子復合物生物成像與一體化治療 230
6.7 多金屬氧簇超分子復合物界面層用于有機太陽能器件 232
6.7.1 多金屬氧簇超分子復合物在聚合物太陽能電池方面的應用 232
6.7.2 多金屬氧簇超分子復合物的界面相互作用 233
6.8 多金屬氧簇構筑骨架結構自組裝分離膜 234
6.8.1 靜電力和主客體識別驅(qū)動的二維單層骨架結構 234
6.8.2 二維單層離子骨架結構構筑及其納米分離膜 236
6.9 總結與展望 238
參考文獻 238
第7章 蛋白質(zhì)組裝材料 244
7.1 蛋白質(zhì)組裝概述 244
7.2 蛋白質(zhì)組裝驅(qū)動力 246
7.2.1 模板誘導蛋白質(zhì)自組裝 246
7.2.2 蛋白質(zhì)-配體相互作用驅(qū)動蛋白質(zhì)自組裝 249
7.2.3 主客體識別驅(qū)動蛋白質(zhì)自組裝 250
7.2.4 金屬螯合作用誘導蛋白質(zhì)自組裝 252
7.2.5 靜電相互作用誘導蛋白質(zhì)自組裝 253
7.2.6 多肽調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)自組裝 255
7.2.7 聚合物調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)自組裝 256
7.2.8 共價誘導蛋白質(zhì)自組裝 258
7.3 蛋白質(zhì)組裝體結構與調(diào)控 259
7.3.1 一維蛋白質(zhì)組裝體 259
7.3.2 二維蛋白質(zhì)組裝體 261
7.3.3 三維蛋白質(zhì)組裝體 263
7.3.4 蛋白質(zhì)組裝結構的調(diào)控 265
7.4 基于蛋白質(zhì)組裝體構筑生物功能材料 269
7.4.1 生物傳感材料 269
7.4.2 生物催化材料 271
7.4.3 生物醫(yī)學診斷與治療材料 272
7.4.4 其他功能材料 274
7.5 總結與展望 276
參考文獻 277
第8章 動態(tài)超分子自組裝及超分子納米機器 282
8.1 引言 282
8.2 水溶液自組裝動態(tài)超分子納米管 283
8.2.1 納米管的開-關轉(zhuǎn)換 283
8.2.2 片層結構卷曲成納米管 286
8.2.3 客體驅(qū)動納米纖維膨脹成空心納米管 289
8.2.4 DNA及其管狀組裝體外殼的協(xié)同機械運動 291
8.3 動態(tài)二維納米片的超分子組裝 294
8.3.1 面上接枝芳香兩親性分子形成可轉(zhuǎn)換的納米多孔片狀結構 294
8.3.2 具有分子泵行為對映體篩選的手性多孔納米片 298
8.3.3 二維多孔異質(zhì)結構的組裝與解組裝 301
8.3.4 大環(huán)異構體選擇性組裝成靜態(tài)和動態(tài)納米片 304
8.4 具有動態(tài)結構變化的α-螺旋肽組裝 305
8.4.1 螺旋肽的定向組裝 305
8.4.2 用于對映體捕獲的可逆α-螺旋肽 307
8.4.3 具有手性膜的α-螺旋肽囊泡作為手性選擇性納米反應器 309
8.5 具有響應性的糖纖維用以調(diào)控細胞增殖 311
8.6 總結與展望 314
參考文獻 315
第9章 自修復超分子材料 323
9.1 引言 323
9.2 自修復材料的制備方法與分類 324
9.2.1 自修復材料的制備方法 324
9.2.2 自發(fā)型和非自發(fā)型自修復材料 333
9.3 自修復膜材料 334
9.3.1 自修復超疏水膜材料 334
9.3.2 劃痕自修復膜 340
9.4 自修復體相聚合物 349
9.4.1 自修復水凝膠與彈性體 350
9.4.2 高強度自修復體相材料 352
9.4.3 功能性自修復體相材料 356
9.5 總結與展望 359
參考文獻 360
第10章 特種功能超分子材料 368
10.1 水基超分子膠黏材料 368
10.1.1 以高