JACS：深圳大学等团队实现配位超分子主客体化学新突破！

展源 2023-02-17

自半个世纪前冠醚被发现以来，化学家们一直致力于通过主客体化学探索纳米限域空间内的物理和化学过程。然而，受限于大尺寸三维超分子的合成复杂以及主客体化学驱动力的调控困难，超分子主客体化学的相关研究中客体分子仍主要是有机小分子和富勒烯类化合物。

基于大尺寸客体分子的主客体化学研究，目前仅有少数课题组利用共价键连接实现了在配位超分子笼内蛋白包结以及纳米颗粒原位生长。在众多类型的纳米颗粒中，半导体量子点和金属纳米颗粒因其独特的可调光学特性而备受关注。但在如何直接实现配位超分子对纳米颗粒的包结，并且探索限域空间对纳米颗粒物理性质的影响仍然极具挑战。

基于此，深圳大学分子尺度 李霄鹏教授/王恒副教授团队与美国阿贡国家 Xuedan Ma研究员团队在化学权威期刊J. Am. Chem. Soc.上发表了题为“Encapsulating Semiconductor Quantum Dots in Supramolecular Cages Enables Ultrafast Guest–Host Electron and Vibrational Energy Transfer”的研究成果。

图文解读

研究团队主要利用金属配位超分子笼成功实现了对纳米颗粒（量子点）的尺寸筛选及包结，取得了超分子主客体化学在客体分子尺度上的新突破，并系统研究了主客体体系的光物理性质。

图1. 水溶性超分子笼的合成路线

该研究在五臂三联吡啶配体中引入聚乙二醇链，通过配位自组装构筑了水溶性的六棱柱形配位超分子笼（图1）。

图2. 超分子笼对量子点的尺寸筛选及包结

该超分子笼具有巨大的疏水空腔（模拟结构表明该空腔可容纳直径最大约为5纳米的球体），利用超分子笼的亲疏水作用可高效地实现对量子点的包结（图2）。作者将超分子笼的乙腈/水溶液与量子点（初始尺寸分布约为2-9纳米）的正己烷溶液混合在一起，室温条件下搅拌即可清楚地观察到量子点逐渐从上层正己烷溶液转移到下层超分子溶液中。

图3. 超分子笼对量子点（平均尺寸3.7纳米）的包结及表征

为了便于主客体复合物光物理性质的研究，作者选择了平均直径为3.7纳米的量子点作为客体分子，并且进一步通过紫外可见吸收光谱、核磁、动态光散射、原子力显微镜、扫描透射电子显微镜等手段对主客体复合物进行了确证（图3）。能谱检测确定了超分子笼和量子点复合物的特征元素，图谱结果显示超分子结构中的氟元素主要分布在量子点特征元素的外围，证明了超分子笼对纳米颗粒的成功包结。