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第1章 超分子自组装材料的多尺度模拟研究方法1

1.1引言1

1.2模拟方法简介4

1.2.1基于粒子描述的模拟方法4

1.2.2基于场描述的理论方法7

1.3构建多尺度模拟体系的粗粒化方案8

1.3.1概述8

1.3.2基于模拟体系结构性质的粗粒化方案10

1.3.3基于模拟体系热力学性质的粗粒化方案17

1.3.4基于模拟体系能量/力匹配方法的粗粒化方案20

1.3.5基于分子动力学的杂化模拟方案23

1.4总结与展望25

参考文献26

第2章 超分子光电材料及器件31

2.1有机发光材料的聚集态结构31

2.1.1 H-聚集31

2.1.2J-聚集31

2.1.3交叉聚集36

2.1.4其他聚集方式38

2.2超分子发光晶体结构与性能关系39

2.2.1分子构型与发光性能40

2.2.2分子构象与发光性能41

2.2.3分子排列与发光性能42

2.2.4超分子作用距离与发光性能46

2.3单苯环发光材料47

2.3.1单苯环发光材料的结构特征47

2.3.2单苯环发光颜色调控51

2.3.3单苯环发光材料应用55

2.4柔性有机超分子发光单晶57

2.4.1塑性有机晶体材料57

2.4.2弹性有机晶体材料61

2.4.3弹性发光晶体材料63

2.5总结与展望68

参考文献68

第3章 有机电致发光激发态新概念：由单分子到超分子72

3.1研究背景与关键问题72

3.1.1有机电致发光过程中自旋统计问题72

3.1.2金属配合物磷光材料突破自旋统计73

3.1.3共轭聚合物材料突破自旋统计74

3.1.4延迟荧光材料突破自旋统计75

3.2中性自由基发光的双线态76

3.2.1有机自由基分子简介77

3.2.2一些常见的稳定中性自由基分子分类78

3.2.3双线态发光自由基材料与器件79

3.3杂化局域-电荷转移激发态83

3.3.1杂化局域-电荷转移激发态的提出83

3.3.2杂化局域-电荷转移激发态的形成85

3.3.3杂化局域-电荷转移激发态的特征86

3.3.4杂化局域-电荷转移激发态的分子设计与结构调控93

3.3.5杂化局域-电荷转移激发态材料、器件与应用96

3.4有机π-π作用双（超）分子激发态99

3.4.1激基缔合物的定义和特征100

3.4.2高效率和长寿命的π-π作用双分子发光101

3.4.3高效率π-π作用双分子发光的实验验证106

3.4.4离散π-π二聚体堆积的分子设计与超分子构筑107

3.4.5双分子与超分子发光材料及应用110

3.5总结与展望113

参考文献113

第4章 金属簇组装材料119

4.1背景介绍119

4.1.1金属纳米簇的概念与特点119

4.1.2金属纳米簇的主要性质及应用120

4.1.3金属纳米簇的聚集诱导发光现象123

4.2金属纳米簇组装材料的形貌调控124

4.2.1金纳米簇片状组装材料124

4.2.2金纳米簇组装材料的结构调控与组装动力学127

4.2.3铜纳米簇组装材料131

4.2.4金属纳米簇组装材料的衍生物133

4.3自组装诱导增强金属纳米簇发光135

4.3.1基于铜纳米簇的自组装诱导增强发光材料135

4.3.2铜纳米簇自组装材料的发光中心137

4.4全光谱发射的铜纳米簇自组装材料141

4.4.1缺陷调节的自组装诱导发光141

4.4.2金属掺杂调控自组装材料发光144

4.4.3配体调控自组装材料发光148

4.4.4卤原子调控自组装材料发光151

4.4.5簇间距调控自组装材料发光153

4.5基于金属纳米簇自组装材料的LED155

4.5.1单色光及白光LED156

4.5.2器件构筑新方法156

4.6总结与展望160

参考文献160

第5章 光功能纳米晶与聚合物复合超分子材料165

5.1引言165

5.2光功能纳米基元的制备166

5.2.1半导体纳米晶166

5.2.2碳基纳米点166

5.3纳米晶/聚合物复合超分子材料的制备方法及性质167

5.3.1纳米晶/聚合物复合超分子材料的制备方法168

5.3.2纳米晶/聚合物一维复合材料169

5.3.3纳米晶/聚合物二维复合材料170

5.3.4纳米晶/聚合物体相复合材料172

5.3.5纳米晶/聚合物复合微球172

5.4纳米晶/聚合物复合超分子发光材料175

5.4.1多聚羧基对CdTe纳米晶的表面修饰175

5.4.2 CdTe纳米晶/咔唑类聚合物组装白光材料176

5.4.3稳定的钙钛矿纳米晶/聚合物复合发光材料177

5.4.4碳点/聚合物复合超分子发光材料178

5.5聚合物/纳米晶复合超分子光电材料179

5.5.1聚合物/纳米晶杂化太阳能电池的基本原理及表征179

5.5.2超分子作用力调控活性层形貌与光电性能181

5.5.3水溶液加工的聚合物/纳米晶杂化太阳能电池183

5.6纳米晶/聚合物复合超分子高折射率光学材料188

5.6.1可聚合硫化锌纳米晶体相杂化光学材料189

5.6.2可聚合石墨烯量子点/聚合物杂化光学材料191

5.6.3可聚合硅纳米晶/聚合物杂化光学材料192

5.7总结与展望194

参考文献194

第6章 离子簇超分子复合物的组装与功能化201

6.1组装体、预组装体和复合构筑基元201

6.1.1超分子化学与自组装201

6.1.2组装的过程控制和预组装体203

6.1.3构筑基元对组装结构和性质的导向作用204

6.2多金属氧簇及其超分子复合物204

6.2.1多金属氧簇结构及性质204

6.2.2多金属氧簇离子复合物预组装体206

6.2.3多金属氧簇超分子复合物的结构性质207

6.3多金属氧簇超分子复合物组装结构与组装机理208

6.3.1界面组装与溶液组装208

6.3.2超分子复合物的组装结构与组分匹配原理211

6.4多金属氧簇超分子复合物微反应器213

6.4.1多金属氧簇的催化原理213

6.4.2多金属氧簇超分子复合物组装体作为微反应器214

6.4.3多金属氧簇超分子复合物组装体的固载及其催化氧化218

6.5多金属氧簇超分子复合物液晶222

6.5.1液晶自组装222

6.5.2超分子复合物液晶结构223

6.5.3超分子复合物液晶功能性226

6.6多金属氧簇超分子复合物生物成像及光热治疗226

6.6.1多金属氧簇超分子复合物的水相转移226

6.6.2多金属氧簇超分子复合物组装结构与磁共振成像227

6.6.3多金属氧簇超分子复合物多功能成像229

6.6.4多金属氧簇超分子复合物生物成像与一体化治疗230

6.7多金属氧簇超分子复合物界面层用于有机太阳能器件232

6.7.1多金属氧簇超分子复合物在聚合物太阳能电池方面的应用232

6.7.2多金属氧簇超分子复合物的界面相互作用233

6.8多金属氧簇构筑骨架结构自组装分离膜234

6.8.1静电力和主客体识别驱动的二维单层骨架结构234

6.8.2二维单层离子骨架结构构筑及其纳米分离膜236

6.9总结与展望238

参考文献238

第7章 蛋白质组装材料244

7.1蛋白质组装概述244

7.2蛋白质组装驱动力246

7.2.1模板诱导蛋白质自组装246

7.2.2蛋白质-配体相互作用驱动蛋白质自组装249

7.2.3主客体识别驱动蛋白质自组装250

7.2.4金属螯合作用诱导蛋白质自组装252

7.2.5静电相互作用诱导蛋白质自组装253

7.2.6多肽调节蛋白质自组装255

7.2.7聚合物调节蛋白质自组装256

7.2.8共价诱导蛋白质自组装258

7.3蛋白质组装体结构与调控259

7.3.1一维蛋白质组装体259

7.3.2二维蛋白质组装体261

7.3.3三维蛋白质组装体263

7.3.4蛋白质组装结构的调控265

7.4基于蛋白质组装体构筑生物功能材料269

7.4.1生物传感材料269

7.4.2生物催化材料271

7.4.3生物医学诊断与治疗材料272

7.4.4其他功能材料274

7.5总结与展望276

参考文献277

第8章 动态超分子自组装及超分子纳米机器282

8.1引言282

8.2水溶液自组装动态超分子纳米管283

8.2.1纳米管的开-关转换283

8.2.2片层结构卷曲成纳米管286

8.2.3客体驱动纳米纤维膨胀成空心纳米管289

8.2.4 DNA及其管状组装体外壳的协同机械运动291

8.3动态二维纳米片的超分子组装294

8.3.1面上接枝芳香两亲性分子形成可转换的纳米多孔片状结构294

8.3.2具有分子泵行为对映体筛选的手性多孔纳米片298

8.3.3二维多孔异质结构的组装与解组装301

8.3.4大环异构体选择性组装成静态和动态纳米片304

8.4具有动态结构变化的α-螺旋肽组装305

8.4.1螺旋肽的定向组装305

8.4.2用于对映体捕获的可逆α-螺旋肽307

8.4.3具有手性膜的α-螺旋肽囊泡作为手性选择性纳米反应器309

8.5具有响应性的糖纤维用以调控细胞增殖311

8.6总结与展望314

参考文献315

第9章 自修复超分子材料323

9.1引言323

9.2自修复材料的制备方法与分类324

9.2.1自修复材料的制备方法324

9.2.2自发型和非自发型自修复材料333

9.3自修复膜材料334

9.3.1自修复超疏水膜材料334

9.3.2划痕自修复膜340

9.4自修复体相聚合物349

9.4.1自修复水凝胶与弹性体350

9.4.2高强度自修复体相材料352

9.4.3功能性自修复体相材料356

9.5总结与展望359

参考文献360

第10章 特种功能超分子材料368

10.1水基超分子胶黏材料368

10.1.1以高分子为组装基元的超分子胶黏剂369

10.1.2基于短肽及氨基酸小分子的超分子胶黏剂372

10.2基于衣壳蛋白组装调控的抗HPV新材料378

10.2.1概述378

10.2.2 HPV L1单体到五聚体组装调控平台的构建及相关小分子组装调控379

10.2.3影响HPV L1-p形成的热点（hot-spot）发现及以此为靶点的小肽类抑制剂调控383

10.2.4 HPV16和HPV 18衣壳蛋白L1的杂合共组装调控385

10.2.5 HPV衣壳蛋白碱性肽链段与含铕多金属氧簇的组装调控及其应用386

10.2.6多金属氧簇与HPV L1-p的共组装389

10.3超分子螺旋与孔材料391

10.3.1概述391

10.3.2超分子螺旋391

10.3.3螺旋孔材料396

10.4功能超分子凝胶398

10.4.1不同发光颜色的荧光软物质材料399

10.4.2热响应荧光软物质材料或膜材料400

10.4.3具有光响应行为的荧光软物质材料400

10.4.4气体传感器401

10.4.5离子传感器402

10.4.6具有手性光学性质的软材料403

10.4.7其他应用404

10.5总结与展望405

参考文献405

第11章 表面增强拉曼散射活性材料与超分子表征413

11.1表面增强拉曼散射简介413

11.2 SERS的基本原理413

11.3 SERS活性材料415

11.3.1贵金属416

11.3.2过渡金属416

11.3.3半导体材料416

11.4半导体拉曼散射增强机理422

11.4.1物理增强机理（表面等离激元共振、米氏共振）422

11.4.2化学增强机理（电荷转移共振、激子共振）426

11.4.3半导体SERS选择定则430

11.5 SERS活性材料用于超分子表征432

11.5.1 SERS研究组装体系氢键作用432

11.5.2半导体SERS基底研究分子间弱相互作用441

11.6总结和展望441

参考文献442

第12章 单分子力谱与超分子材料448

12.1单分子力谱技术简介448

12.1.1基于磁镊的单分子力谱技术449

12.1.2基于光镊的单分子力谱技术450

12.1.3基于原子力显微镜的单分子力谱技术451

12.2超分子组装推动力的认识452

12.2.1孤立体系中相互作用452

12.2.2组装体中作用力的认识462

12.3基于单分子力谱的超分子材料设计与制备469

12.3.1仿生材料469

12.3.2自修复材料470

12.3.3多重力学响应材料473

12.4力谱技术的发展476

12.4.1高速力谱476

12.4.2力精度提升477

12.4.3空气相单分子力谱技术477

12.5总结与展望480

参考文献481

索引487