近日，南方科技大学化学系副教授何凤课题组在聚合物二维超分子自组装领域上取得重要研究进展，该成果发表在著名国际期刊《Nature Communications》（影响因子12.124），论文题目为“Uniform Two-dimensional Square Assemblies from Conjugated Block Copolymers Driven by π-π Interactions with Controllable Sizes”。这一研究工作主要由何凤课题组博士后韩亮（第一作者）和硕士王美晶（第二作者）完成。南方科技大学化学系为第一研究单位。何凤为唯一通讯作者。

二维纳微米材料有着独特超薄扁平的平面结构从而具有独特的载流子传输特性、刺激响应特性和加工特性。但是，目前在文献报道中，能够得到二维微纳材料的分子并不常见，设计合成能够稳定原位自组装形成规则均一的二维纳微结构的构筑单元分子在科学界仍然是一个具有前景且充满挑战的课题。常用的较为成熟的构筑二维自组装微纳结构的方法大多通过结晶驱动手段，然而这种方法得到的二维材料多为“硬材料”，不利于在应用方面进行制造加工。另一方面，受限于结晶对称性，结晶驱动所得的二维材料形状多为三角形、长方形、六边形等，而高度对称的正方形和圆形二维自组装材料则极为少见。何凤课题组着眼于采用共轭嵌段共聚物为构筑单元，通过分子间的π-π相互作用这一非结晶过程驱动自组装过程的进行，从而实现制备具有更大比表面积、更高稳定性和柔性的高对称二维自组装软材料。

 a) 嵌段共聚物PPV-b-P2VP的结构；

b) 嵌段共聚物二维自组装方形胶束的TEM照片；

c) 二维方形胶束的激光共聚焦照片；

d) PPV-b-P2VP通过π-π相互作用驱动二维自组装胶束形成的过程示意图

何凤课题组以共轭聚合物PPV嵌段为成核嵌段设计合成了两亲性嵌段共聚物PPV-b-P2VP，以该嵌段共聚物为构筑单元，使其在异丙醇溶液中进行“溶解-降温-陈化”这一简单过程，制备得到了均一分散的二维正方形自组装胶束。通过调节共聚物嵌段长度比和溶液浓度，可以实现对所得二维正方形自组装结构的尺寸进行较为精确的调控。利用PPV嵌段良好的光学特性，对二维结构的组装过程进行了追踪表征，结合高分辨显微镜照片、SEAD、GIWAXS和分子动力学模拟，可以确认所得二维材料的非晶态以及PPV嵌段间的π-π相互作用对于二维正方形胶束形成的驱动作用。

本项研究采用非结晶手段成功实现了聚合物可控二维自组装胶束的形成，为二维微纳材料的构筑提供了新的思路，对于聚合物二维自组装的研究有着重要的贡献。同时，通过简单手段获得的二维正方形软材料，有着良好的光学和电学特性，是一种可以预见的具有潜在应用价值的功能微纳材料。

本工作中的GIWAXS实验和分子动力学模拟分别得到了美国阿贡国家实验室陈伟教授和吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室钱虎军教授的帮助。

本项研究的开展得到了南方科技大学科研启动经费、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市孔雀团队和深圳市科创委的经费支持。

何凤课题组致力于有机共轭高分子材料的设计与合成工作，并在超分子自组装、有机聚合物太阳能电池及有机共轭高分子光电等多个方向上拓展其应用。课题组自成立以来，已在Nat. Commun., Chem. Mater., ACS. Energy Lett., J. Mater. Chem. A, Macromolecules等领域内顶尖刊物上发表论文多篇，其中2篇被选为杂志封面。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-03195-y

供稿：化学系