一種可透光的分子結構

三聚氰胺聯滌綸-酰亞胺分子的掃描隧道顯微圖像 - 右側：分子網絡的插入模型（標尺為2nm）。

材料牛注：有機光伏技術可用于規模化、成本低廉的太陽能發電領域，具有巨大的潛力。但目前需要克服的一個挑戰是，在電極的頂部薄層進行組裝的順序。慕尼黑工業大學（TUM）的科學家利用在原子級水平且透明的基板上的自組裝反應，設計出了單分子層網絡結構的光伏反應層 ，此舉開辟了精密分子光電器件自下而上制作的可能性。

大自然是無可匹敵的，尤其是在應對復雜的、高性能的分子機器的自組裝時，光吸收、電子空穴對或電荷分離及電子轉移方面。分子納米技術很早就預測到可以模仿一些生物分子的結構并進行重組裝以使之能生產出廉價的電力。

現在，來自于慕尼黑工業大學（TUM）的物理和化學學院，以及德國馬普高分子研究所（德國美因茨）和電斯特拉斯堡大學（法國）的研究人員，就以這樣的方式改變染料分子內部結構使他們能夠作為自組裝的分子網絡的構建模塊。

在石墨烯涂覆的金剛石基板的原子級別的水平表面上，基板的分子自組裝成類似蛋白質和DNA納米技術的方式應用在目標結構上。通過氫鍵超分子結構的設計，成為唯一的驅動力。正如預期的那樣，當其暴露在光電流中時分子網絡便產生了。

1. 從工藝藝術到工業應用

“很長一段時間里，工程用自組裝的分子結構并不被人們所看好，”該研究的主要作者弗里德里希博士說道，?“自從我們有了這項技術，這一局面便得到了很好的改觀。”

“對于常規有機光伏分子進行結構改善仍然是一個挑戰。相比之下，納米技術為我們提供了構成成分先驗的原子級精確布局的可能性”，負責指導這項研究的卡洛斯-安德烈斯帕爾馬博士說道。

科學家們希望引進相關設備實現標準條件下的光伏反應。 “比如在石墨烯的二維電極堆之間嵌入自組裝染料，可以提供易于規模化生產高效光伏單層涂層的可能性”，帕爾馬博士說道，“這將使太陽能電池技術為我們所用。”

2.表面物理化學的完美搭配

科學家們使用尼龍二酰亞胺分子作為光敏染料，當細長尼龍分子連接起來形成三價蜜胺結構網絡，通過選擇適當的側基的尼龍二酰亞胺來研究確定可以形成哪些架構。

“這項工作是我們主動與催化研究中心實現跨學科合作的一個很好的例子：化學和物理的絕配。”慕尼黑工業大學催化研究中心主任烏爾里希教授說。

本文參考地址：Modified Dye Molecules Serve as Building Blocks of Self-Assembling Molecular Networks on Graphene

感謝材料人編輯部杜征崢提供素材，王迪編譯