利用表面模板调控低维有机纳米材料的拓扑结构

范其瑭 朱俊发

引用本文: 范其瑭,  朱俊发. 利用表面模板调控低维有机纳米材料的拓扑结构[J]. 物理化学学报, 2017, 33(7): 1288-1296. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704074 shu
Citation:  FAN Qi-Tang,  ZHU Jun-Fa. Controlling the Topology of Low-Dimensional Organic Nanostructures with Surface Templates[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(7): 1288-1296. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704074 shu

利用表面模板调控低维有机纳米材料的拓扑结构

  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展规划项目(973)(2013CB834605)和国家自然科学基金项目(21473178)资助

摘要: “自下而上”的纳米结构制备法是一种在原子或分子水平上构筑纳米结构的方法;相比于“自上而下”的蚀刻技术,其可实现更小尺寸的半导体器件的制备。因此,这种“自下而上”制备法将是纳米技术未来的重要发展方向。然而,其中一个存在已久的关键问题是如何实现对所构筑的纳米拓扑结构进行精确控制。此文综述了近期关于如何调控由表面乌尔曼反应合成的纳米材料拓扑结构的研究。其中包括以下三个方面:首先,利用纳米结构与衬底晶格参数之间的匹配关系控制金属有机链的形状;其次,利用超栅格或者超分子模板对长链进行有效剪裁;最后,利用纳米结构与衬底之间对称性的匹配来调控环状和链状产物的形成。另外,我们对寻求普适性模板以调控更广泛类型的纳米材料的拓扑结构进行了展望。

English

    1. [1]

      (1) Barth, J. V.; Costantini, G.; Kern, K. Nature 2005, 437, 671. doi: 10.1038/nature04166

    2. [2]

      (2) Champness, N. R. Nat. Chem. 2012, 4, 149. doi: 10.1038/nchem.1276

    3. [3]

      (3) Champness, N. R. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 671. doi: 10.1038/nnano.2007.355

    4. [4]

      (4) Perepichka, D. F.; Rosei, F. Science 2009, 323, 216. doi: 10.1126/science.1165429

    5. [5]

      (5) Fan, Q.; Gottfried, J. M.; Zhu, J. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2484. doi: 10.1021/acs.accounts.5b00168

    6. [6]

      (6) Cai, J.; Pignedoli, C. A.; Talirz, L.; Ruffieux, P.; Sode, H.; Liang, L.; Meunier, V.; Berger, R.; Li, R.; Feng, X.; Müllen, K.; Fasel, R. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 896. doi: 10.1038/nnano.2014.184

    7. [7]

      (7) Cai, J.; Ruffieux, P.; Jaafar, R.; Bieri, M.; Braun, T.; Blankenburg, S.; Muoth, M.; Seitsonen, A. P.; Saleh, M.; Feng, X.; Muellen, K.; Fasel, R. Nature 2010, 466, 470. doi: 10.1038/nature09211

    8. [8]

      (8) Ruffieux, P.; Wang, S.; Yang, B.; Sánchez-Sánchez, C.; Liu, J.; Dienel, T.; Talirz, L.; Shinde, P.; Pignedoli, C. A.; Passerone, D.; Dumslaff, T.; Feng, X.; Müllen, K.; Fasel, R. Nature 2016, 531, 489. doi: 10.1038/nature17151

    9. [9]

      (9) Bieri, M.; Nguyen, M. T.; Groning, O.; Cai, J. M.; Treier, M.; Ait-Mansour, K.; Ruffieux, P.; Pignedoli, C. A.; Passerone, D.; Kastler, M.; Müllen, K.; Fasel, R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16669. doi: 10.1021/ja107947z

    10. [10]

      (10) Cirera, B.; Zhang, Y. Q.; Björk, J.; Klyatskaya, S.; Chen, Z.; Ruben, M.; Barth, J. V.; Klappenberger, F. Nano Lett. 2014, 14, 1891. doi: 10.1021/nl4046747

    11. [11]

      (11) Gao, H. Y.; Wagner, H.; Zhong, D.; Franke, J. H.; Studer, A.; Fuchs, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 4024. doi: 10.1002/anie.201208597

    12. [12]

      (12) Liu, J.; Chen, Q.; Xiao, L.; Shang, J.; Zhou, X.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Shao, X.; Li, J.; Chen, W.; Xu, G. Q.; Tang, H.; Zhao, D.; Wu, K. ACS Nano 2015, 9, 6305. doi: 10.1021/acsnano.5b01803

    13. [13]

      (13) Zhang, Y. Q.; Kepcija, N.; Kleinschrodt, M.; Diller, K.; Fischer, S.; Papageorgiou, A. C.; Allegretti, F.; Björk, J.; Klyatskaya, S.; Klappenberger, F.; Ruben, M.; Barth, J. V. Nat. Commun. 2012, 3, 1286. doi: 10.1038/ncomms2291

    14. [14]

      (14) Di Giovannantonio, M. E. G., M.; Lipton-Duffin, J.; Meunier, V.; Cardenas, L.; Fagot Revurat, Y.; Cossaro, A.; Verdini, A.; Perepichka, D. F.; Rosei, F.; Contini, G. ACS Nano 2013, 7, 8190. doi: 10.1021/nn4035684

    15. [15]

      (15) Sun, Q.; Zhang, C.; Kong, H.; Tan, Q.; Xu, W. Chem. Commun. 2014, 50, 11825. doi: 10.1039/c4cc05482b

    16. [16]

      (16) Park, J.; Kim, K. Y.; Chung, K. H.; Yoon, J. K.; Kim, H.; Han, S.; Kahng, S. J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 14834. doi: 10.1021/jp203129f

    17. [17]

      (17) Basagni, A.; Sedona, F.; Pignedoli, C. A.; Cattelan, M.; Nicolas, L.; Casarin, M.; Sambi, M. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1802. doi: 10.1021/ja510292b

    18. [18]

      (18) Sun, Q.; Zhang, C.; Li, Z.; Kong, H.; Tan, Q.; Hu, A.; Xu, W. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8448. doi: 10.1021/ja404039t

    19. [19]

      (19) Wang, W. H.; Shi, X. Q.; Wang, S. Y.; Van Hove, M. A.; Lin, N. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13264. doi: 10.1021/Ja204956b

    20. [20]

      (20) Lafferentz, L.; Eberhardt, V.; Dri, C.; Africh, C.; Comelli, G.; Esch, F.; Hecht, S.; Grill, L. Nat. Chem. 2012, 4, 215. doi: 10.1038/nchem.1242

    21. [21]

      (21) Grill, L.; Dyer, M.; Lafferentz, L.; Persson, M.; Peters, M. V.; Hecht, S. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 687. doi: 10.1038/nnano.2007.346

    22. [22]

      (22) Chung, K. H.; Koo, B. G.; Kim, H.; Yoon, J. K.; Kim, J. H.; Kwon, Y. K.; Kahng, S. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 7304. doi: 10.1039/c2cp23295b

    23. [23]

      (23) Lipton-Duffin, J. A.; Miwa, J. A.; Kondratenko, M.; Cicoira, F.; Sumpter, B. G.; Meunier, V.; Perepichka, D. F.; Rosei, F. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 11200. doi: 10.1073/pnas.1000726107

    24. [24]

      (24) Zhong, D.; Franke, J. H.; Podiyanachari, S. K.; Blomker, T.; Zhang, H.; Kehr, G.; Erker, G.; Fuchs, H.; Chi, L. Science 2011, 334, 213. doi: 10.1126/science.1211836

    25. [25]

      (25) Lipton-Duffin, J. A.; Ivasenko, O.; Perepichka, D. F.; Rosei, F. Small 2009, 5, 592. doi: 10.1002/smll.200801943

    26. [26]

      (26) Fan, Q.; Wang, C.; Han, Y.; Zhu, J.; Hieringer, W.; Kuttner, J.; Hilt, G.; Gottfried, J. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 4668. doi: 10.1002/anie.201300610

    27. [27]

      (27) Dai, J.; Fan, Q.; Wang, T.; Kuttner, J.; Hilt, G.; Gottfried, J. M.; Zhu, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 20627. doi: 10.1039/C6CP03551E

    28. [28]

      (28) Gutzler, R.; Walch, H.; Eder, G.; Kloft, S.; Heckl, W. M.; Lackinger, M. Chem. Commun. 2009, 29, 4456. doi: 10.1039/b906836h

    29. [29]

      (29) Eichhorn, J.; Strunskus, T.; Rastgoo-Lahrood, A.; Samanta, D.; Schmittel, M.; Lackinger, M. Chem. Commun. 2014, 50, 7680. doi: 10.1039/c4cc02757d

    30. [30]

      (30) Fan, Q.; Wang, C.; Liu, L.; Han, Y.; Zhao, J.; Zhu, J.; Kuttner, J.; Hilt, G.; Gottfried, J. M. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 13018. doi: 10.1021/jp5037475

    31. [31]

      (31) Fan, Q.; Wang, T.; Liu, L.; Zhao, J.; Zhu, J.; Gottfried, J. M. J. Chem. Phys. 2015, 142, 101906. doi: 10.1063/1.4906214

    32. [32]

      (32) Zhang, H.; Lin, H.; Sun, K.; Chen, L.; Zagranyarski, Y.; Aghdassi, N.; Duhm, S.; Li, Q.; Zhong, D.; Li, Y.; Müllen, K.; Fuchs, H.; Chi, L. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4022. doi: 10.1021/ja511995r

    33. [33]

      (33) Han, P.; Akagi, K.; Federici Canova, F.; Mutoh, H.; Shiraki, S.; Iwaya, K.; Weiss, P. S.; Asao, N.; Hitosugi, T. ACS Nano 2014, 8, 9181. doi: 10.1021/nn5028642

    34. [34]

      (34) Linden, S.; Zhong, D.; Timmer, A.; Aghdassi, N.; Franke, J. H.; Zhang, H.; Feng, X.; Müllen, K.; Fuchs, H.; Chi, L.; Zacharias, H. Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 216801. doi: 10.1103/PhysRevLett.108.216801

    35. [35]

      (35) Laurent, B. A.; Grayson, S. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2202. doi: 10.1039/b809916m

    36. [36]

      (36) Endo, K., Endo, K. Adv. Polym. Sci. 2008, 217, 121. doi: 10.1007/12_2008_157

    37. [37]

      (37) Fan, Q.; Wang, C.; Han, Y.; Zhu, J.; Kuttner, J.; Hilt, G.; Gottfried, J. M. ACS Nano 2014, 8, 709. doi: 10.1021/nn405370s

    38. [38]

      (38) Saywell, A.; Schwarz, J.; Hecht, S.; Grill, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5096. dio: 10.1002/anie.201200543

    39. [39]

      (39) Fan, Q.; Dai, J.; Wang, T.; Kuttner, J.; Hilt, G.; Gottfried, J. M.; Zhu, J. ACS Nano 2016, 10, 3747. dio: 10.1021/acsnano.6b00366

    40. [40]

      (40) Anderson, S.; Anderson, H. L. Templated Organic Synthesis; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2000. doi: 10.1002/9783527613526.ch01

    41. [41]

      (41) Lin, T.; Shang, X. S.; Adisoejoso, J.; Liu, P. N.; Lin, N. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3576. doi: 10.1021/ja311890n

    42. [42]

      (42) Jia, Z.; Monteiro, M. J. J. Polym. Sci. A-Polym. Chem. 2012, 50, 2085. doi: 10.1002/pola.25999

    43. [43]

      (43) Zhang, K.; Tew, G. N. React. Funct. Polym. 2014, 80, 40. doi: 10.1016/j.reactfunctpolym.2014.01.012

    44. [44]

      (44) Yamamoto, T. Polym. J. 2013, 45, 711. doi: 10.1038/pj.2012.213

    45. [45]

      (45) Tezuka, Y. Polym. J. 2012, 44, 1159. doi: 10.1038/pj.2012.92

    46. [46]

      (46) Yamamoto, T.; Tezuka, Y. Polym. Chem. 2011, 2, 1930. doi: 10.1039/c1py00088h

    47. [47]

      (47) Hoskins, J. N.; Grayson, S. M. Poly. Chem. 2011, 2, 289. doi: 10.1039/c0py00102c

    48. [48]

      (48) Kricheldorf, H. R. J. Polym. Sci. A -Polym. Chem. 2010, 48, 251. doi: 10.1002/pola.23755

    49. [49]

      (49) Sahaf, H.; Masson, L.; Léandri, C.; Aufray, B.; Le Lay, G.; Ronci, F. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 263110. doi: 10.1063/1.2752125

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  1179
  • HTML全文浏览量:  173
文章相关
  • 发布日期:  2017-04-07
  • 收稿日期:  2017-01-12
  • 修回日期:  2017-03-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章