结构化功能表面与界面

结构化功能表面与界面


结构化功能表面与界面的研究处于化学、物理、材料学、生物学等多学科交叉点。在自然界中,由于表界面的结构化,尤其是纳米尺度结构而导致的奇妙并优性能的例子数不胜数,譬如荷叶效应,蝶翅结构颜色、生物膜的结构及功能等等。人工体系中构筑结构表界面有两种途径,即自上而下(top-down)和自下而上(bottom-up)。在本研究方向上,发展并完善构筑表面微纳结构的方法是必不可少的,特别是通过不同方法的结合,实现表面多重尺度的结构化并理解其机理。但结构化表界面的实现并不是本研究方向的重点。我们这里将致力于利用结构化表面界面微观尺度上的物理和化学性质的差异,调控并优化功能分子及纳米材料在其上或其中的扩散、相互作用、组装乃至化学反应,理解结构化所引起的各种相互作用与非结构化表界面的不同。调控机理和性能优化的研究都十分必要,并相辅相成。原子力显微镜(AFM)和扫描隧道显微镜(STM)是本方向表征所用的主要手段。结合其它物理、化学及器件方法,我们将在原子分子分辨的水平上对功能材料在结构化表面界面的组装、结构及性质做出系统表征。

具体研究方向如下:


1. 功能材料在结构表面的可控组装

以有序纳米尺寸的凹槽结构为模板,通过研究典型的金属胶体纳米粒子体系和导电高分子体系在纳米空间限域下的组装机制,并由此建立一系列有特色的纳米限域空间内功能材料的精确定向可控有序组装的制备方法,为发展新一代的高效能、超小型光电子器件奠定理论和实验基础。

2. 界面结构调控的复合纳米材料

研究并控制金属离子和有机配体通过配位作用在界面上形成金属有机骨架材料,发展基于金属有机骨架的器件和纳米复合材料,开发它们在催化、传感等方面的应用。通过有机纳米粒子或无机纳米粒子与高分子纳米结构相结合的办法来构造新型的多功能复合纳米材料,并通过两者之间的协同作用研究所构造的复合材料的新性质。

3. 功能分子材料与结构表面

研究的主要对象是有机半导体分子在结构表面的组装行为、选区生长、物理性质及器件性能优化。目的在于发展与现代微加工技术相比配的适用于分子材料器件化的新型技术,为有机半导体及分子器件的构建提供新思路和支撑技术。

4. 表面在位化学

表面在位化学是近几年刚刚发展起来的实现可控稳定分子功能结构的新方法。由于提供了构筑共价相连并精准可控的有机纳米结构进而使直接合成分子器件原件成为可能,因此这个新方向在表面分子科学、合成化学、表面催化等领域受到广泛关注。我们已经证明,金属单晶表面的结构对分子在其上的反应与聚合起了重要甚至是决定性作用。我们将致力于对反应机理、反应过程、中间态及产物的研究,特别对功能分子电子态及催化活性的系统表征。



责任编辑:向丹婷


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