ACS Mater. Lett.┃有机低维异质晶态结构的控制合成

来源：X-Mol

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英文原题：Sequential Self-Assembly of Organic Heterostructured Architectures Composed of Low-Dimensional Microcrystals

通讯作者： Xue-Dong Wang(王雪东), Ming-Peng Zhuo(卓明鹏); Institute of Functional Nano & Soft Materials (FUNSOM), Jiangsu Key Laboratory for Carbon-Based Functional Materials & Devices, Soochow University.

作者：Mao-Lin Pan(潘茂林), Cheng Wang(王成), Ming-Peng Zhuo(卓明鹏), Zhi-Zhou Li(李治洲), Yi Yuan(袁熠), Yi-Chen Tao(袁熠),and Xue-Dong Wang(王雪东)

有机异质结构微纳米材料不仅集成了异质结的光伏效应和整流特性，还秉承了有机半导体分子可裁剪、物化性能可调性以及可溶液加工等优异特性，已在纳米科学和纳米技术中受到了广泛关注。然而，由于多材料组合自组装过程中的复杂外延关系，具有高空间/角度可控特性的有机异质结构微纳米材料的精细合成仍然具有挑战性，大大限制了其在高性能有机光电器件中的进一步运用。

近日，苏州大学王雪东、卓明鹏等人结合前期基于调控单一定向非共价作用可控构筑有机低维微纳晶体的工作基础（Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1703470; Nanoscale, 2018, 10, 5140; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 130, 11470; Nat. Commun., 2019, 10, 3839; CCS Chem., 2020, 2, 413），提出了通过调控分子间多层次非共价作用，实现多组分有机晶体有序连续自组装生长，可控构筑枝杈型有机异质结构微纳米材料。如图1所示，通过调控o-BCB、m-BCB和TPBe分子间的多层次π-π作用强度（|E_o_‑BCB = −25.56 kcal mol^-1| > |E_m_‑BCB = −15.49 kcal mol^-1| > |E_TPBe = −5.06 kcal mol^-1|），实现了o-BCB、m-BCB和TPBe的有序连续自组装。晶格匹配和表面能量平衡协同促进了TPBe在o-BCB（m-BCB）微米线的表面横向外延生长，可控构筑了两种有机枝杈型异质结构。

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图1. 调控分子间多层次非共价作用可控构筑有机枝杈型异质结构。

通过单晶数据分析，TBPe分子在沿[100]方向和m-BCB分子沿[100]方向的排列方式都是面对面的π-π堆积模式（图2e），通过TEM和SAED以及XRD对异质结构的形貌和结构分析（图2a-d）, 可知异质结接触面为TPBe微米片(100)s晶面与m-BCB微米线(010)s晶面, 并且两个晶面具有完美的晶格匹配（= 8.94 Å ≈= 9.28 Å）。同时m-BCB微米线(010)s晶面的表面能最高，TPBe微米片在m-BCB微米线表面上的横向外延生长可以减低其表面能量，实现表面能量平衡。因此，晶格匹配和表面能量平衡协同作用，促进了TPBe微米片在m-BCB微米线表面上的横向外延生长，可控构筑有机枝杈型异质结构。

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图2. 晶格匹配促进TPBe微米片在m-BCB微米线表面上外延生长。

光子沿着m-BCB微米线轴向和TPBe微米片横向/纵向传输具有优异的波导特性（图3a-g）。为了验证有机枝杈型异质结构在有机纳米光子学中的运用，基于哑铃状的TPBe/m-BCB有机枝杈型异质微纳结构，构筑了多输入/输出通道光学逻辑门运算（图3i）。其中m-BCB微米线中点和TPBe微米设定为光子信号输入通道，两端头TPBe微米片边缘作为光子信号输出通道。

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