通过有机分子间的共价连接，自下而上地构建原子级精确的表面共价纳米结构是未来制造功能纳米材料和器件的重要手段。然而，由于分子前驱体间共价反应通常有着不可逆性和不识别性，其反应生成的有机纳米结构无论在化学或结构上往往都缺乏一定的有序性，因此极大地影响了材料功能的实现。有效控制表面共价化学反应路径，实现对最终反应产物的结构和化学的精确控制成为该领域研究的焦点和难点。与此相反，在表面超分子化学中，利用以金属-有机配位键为代表的一类非共价键的自识别性、自选择性，人们能有效地控制超分子自组装，构筑各类长程有序的纳米结构。如何有效地将非共价键的优点引入到共价反应中，成为该研究的出发点。
近日，我院樊健教授与软凝聚态物理及交叉研究中心的石子亮副教授、马余强教授，南方科技大学徐虎副教授，以及海内外多家研究机构合作在Nature Communications上发表了题为“Selective On-Surface Covalent Coupling Based on Metal-Organic Coordination Template”的研究论文。在该论文中，作者利用超高真空扫描隧道显微镜（UHV-STM）技术探究了非共价金属-有机配位键（metal-organic coordination）在表面共价反应中的模板作用。实验通过将Fe-terpyridine配位键引入到表面共价反应中，首次实现了对表面共价反应路径的精确调控，并成功合成了一类周期性氮掺杂的多孔有机纳米带–sexipyridine-phenylene。论文进一步以DFT模拟计算和XPS光谱手段对实验结果进行了论证。该工作将表面超分子自组装和表面共价反应这两个相对独立的研究方向有效地结合了起来，为未来构筑复杂的表面功能有机纳米结构提供了新的思路。该论文在同行评议期间也得到相关专家的肯定，认为成果将会在表面共价合成这一快速发展的研究领域有长期的影响力。
该研究工作是多家研究机构的合作成果，合作单位还包括南方科技大学、深圳大学、香港科技大学、深圳技术大学、国家同步辐射中心、国家固体微结构实验室和南京大学。
本研究工作受到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金、苏州纳米科技协同创新中心以及江苏省高等学校优先发展学术项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-07933-0
责任编辑：向丹婷