近日，香港理工大学黄维扬教授（点击查看介绍）团队在开展发光有机材料外延生长领域的研究中取得重要进展，研究成果发表于化学领域权威期刊Journal of the American Chemical Society。

有序纳米棒/纳米线阵列由于其在光电子学中广泛的性能应用而受到了科研工作者的关注。与单根纳米棒相比，具有有序结构的纳米棒阵列由于表面积较大、密度可调控、取向固定，光电性能有明显不同。目前，有序纳米棒阵列一般局限于无机和半导体材料中，有机发光材料的有序纳米棒阵列结构鲜有报导。

图1. 苯并苝微米片晶体转化形成的二维纳米棒网格的示意图及相应给受体分子对分子结构。

近日香港理工大学的黄维扬教授课题组及其合作者报道了通过晶体转化策略，制备了一系列有机发光共晶二维纳米棒网格。研究者们首先通过液相自组装法制备了苯并苝（BP）微米片。接下来，利用BP微米片作为模板，引入受体分子间氰基四氟苯（1,3-DTFB），通过分子间的协同作用，包括电荷转移（CT）和稠环-多氟芳烃（AF）分子间作用力，实现了BP-1,3-DTFB共晶微米棒在BP微米片上的外延生长（图1）。由于共晶与模板之间具有高度晶格匹配，因此这种定向外延生长可以得到良好实现。通过模板的不断消耗以及共晶的不断生长，从而形成了有机发光共晶二维纳米棒网格（图2）。

图2. BP-1,3DTFB共晶二维纳米棒网格的 (a) 荧光显微镜、(b) SEM照片及BP (c) 和BPBP-1,3DTFB共晶 (d) 的荧光显微镜照片。

在此基础上，作者提出并阐明了二维纳米棒网格形成机理的两个关键问题：（i）晶体转变的驱动力是什么？（ii）一维纳米棒如何排列成有序的阵列？作者推测BP与1,3-DTFB之间的CT和AP相互作用相对于BP-BP之间的π-π相互作用来说更强，这对驱动BP晶体转变是有利的。尤其是，BP几乎不溶于异丙醇，而1,3-DTFB在异丙醇内的溶解性良好。因此当BP微片浸入由异丙醇作为溶剂的1,3-DTFB溶液中时，由于BP和1,3-DTFB分子在高浓度下出现分子间相互作用，BP分子会逐渐分解并扩散到溶液中。随着异丙醇的蒸发，游离状态的BP分子与相邻的1,3-DTFB分子将发生共结晶，形成BP-1,3-DTFB棒状/线状结构。在这个过程中，部分消耗的BP片仍然保持完整，并作为牺牲模板提供BP-1,3-DTFB共晶纳米棒的有序生长。

接下来作者研究了BP与BP-1,3-DTFB的晶体外延关系，揭示了二维纳米棒网格形成阵列的形成原因。如二维纳米棒网格的生长晶面示意图中标注所示（图3），其中BP晶胞的ab-plane和BP-1,3-DTFB的ac-plane在其表面相连。在此区域，作者根据两者的晶体结构发现，在BP晶体中，BP分子沿[110]和[1-10]方向以等效晶格距离（d₁₁₀ = d_1-10 = 8.296 Å）堆积。BP-1,3-DTFB共晶中的BP分子和1,3-DTFB分子沿电荷转移方向在暴露的（011）面 （d₀₂₂ = 7.807 Å）交替堆积。值得注意的是，d_BP-1,3-DTFB,₀₁₁几乎是d_BP,110或d_BP,1-10的两倍，而BP与BP-1,3-DTFB之间较小的的晶格失配率（f=5.9%）满足晶格匹配的条件，从而BP-1,3-DTFB纳米棒可以在BP微片表面沿100方向外延生长。考虑到BP微片的侧面为等晶面间距的（110）/（1-10）面，因此BP-1,3-DTFB纳米棒将在表面垂直排列成正交的纳米棒阵列。

图3. 二维纳米棒网格的生长晶面示意图。

接下来，作者利用相似的生长机理，将有机发光共晶二维纳米棒网格推广至更多的有机发光共晶体系。例如苯并苝-对氰基四氟苯体系（BP-1,4- DTFB）(图4)，通过改变共晶受体分子，实现了对有机发光共晶二维纳米棒网格发光颜色的有效调控。

图4. (a-b) BP-1,4DTFB共晶二维纳米棒网格的荧光显微镜照片。

这项工作为可控合成二维网格结构提供了新策略，同时为光波导和光探测等新型有机光电器件的发展方向上具有潜在应用价值。

这一成果近期作为正封面文章（Front Cover）发表在Journal of the American Chemical Society上。本研究受到深圳市科技创新委员会（JCYJ20180507183413211）、国家自然科学基金面上基金（NSFC 51873176）、香港研究资助局（PolyU 153062/18P、C4006-17G）、香港理工大学（1-ZE1C）及欧雪明能源冠名教授计划（847S）的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Epitaxial Growth of Nanorod Meshes from Luminescent Organic Cocrystals via Crystal Transformation

Yanqiu Sun, Yilong Lei*, Wenping Hu, Wai-Yeung Wong*

J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 7265-7269, DOI: 10.1021/jacs.0c00135

黄维扬教授简介

香港理工大学应用科学及纺织学院副院长及应用生物及化学科技学系化学科技讲座教授和欧雪明能源教授。1992年获香港大学化学专业一级荣誉学士学位；1995年获香港大学博士学位；1996至1997年分别于美国德州农工大学和英国剑桥大学从事博士后研究, 自1998至2016年在香港浸会大学任教。现为香港化学会主席、担任杂志J. Mater. Chem. C和Mater. Adv. 副主编, Topics in Current Chemistry主编和J. Organomet. Chem. 亚太地区主编; 担任EnergyChem, iScience, Sci. China Chem., Chem. Rec., Chem. Asian J., Dalton Trans., Macromol. Rapid Commun., Macromol. Chem. Phys.等刊物的编委和国际编委顾问成员。长期专注于无机化学中金属有机聚合物/配合物的设计、合成及其光电应用等领域的基础与应用研究，在新材料的制备、结构性能调控和构效关系等方面取得了系列创新性成果。现已在Nature Mater., Nature Commun., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy & Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett.等国际知名学术期刊发表论文660余篇，H-索引指数为82, 2014年起连续六年入选为汤森路透/科睿唯安高被引科学家，获英国皇家化学会会士、香港裘槎基金会“优秀科研者”奖、英国皇家化学会“过渡金属化学奖”（首位华人）、国家教育部高校自然科学奖一等奖（排名第一）、亚洲化学会联合会杰出年青化学家奖、“何梁何利基金科学与技术创新奖”、国家自然科学奖二等奖（排名第一）、 日本光化学学会亚洲及泛洋洲光化学科学家讲学奖（Eikohsha奖）、国家教育部“长江学者”讲座教授和香港青年科学院创院院士等奖项或称号。

https://www.x-mol.com/university/faculty/179911