树枝状分子是一类高度支化的，分子量确定的大分子。通过可控的迭代的合成路线，树枝状分子可以通过从中心不断向外延展的方式构建。这种迭代的合成方式使人们可以在树枝状分子的不同部位进行结构设计和修饰，因而这一类大分子在光电器件领域引起了广泛的关注。

 

利用树枝状分子的这种结构可调控性，合成与组装化学研究部的裴坚课题组最近合成了一类新型的刚性共轭树枝状分子。在新合成的分子中，他们通过在分子内核和外端引入长度不同的共轭基团，构建了一系列具有能量梯度的树枝状分子。通过这种能量梯度，他们实现了高效的、单向的能量转移。相关的工作发表在近期的J. Am. Chem. Soc (2008, 130, 9952-9962) 上，并被自然杂志的亚洲材料网站评述（http://www.natureasia.com/asia-materials/）。

 

该课题组将烷基化的三聚茚结构单元引入树枝状分子作为分叉点，解决了在合成高代数刚性树枝状分子中常遇到的溶解性问题。同时，他们使用不同长度的寡聚噻吩乙炔链将三聚茚结构单元相连，得到了一系列刚性的树枝状分子。其中，所合成的第二代树枝状分子半径约为10纳米，分子量达27,072，是现今合成的最大的第二代树枝状大分子。这种全刚性的骨架结构使得分子无论是在表面还是溶液中均以平面的圆盘状的构型存在。云母基底上，他们成功观察到了分散的单个树枝状分子，其高度与理论模拟值十分吻合。

 

该课题组进而研究了在这一类共轭树枝状大分子中的能量转移过程。当外围的生色团被光照激发后，能量被高效、定向地转移向内部的发色团；所有合成的树枝状分子的能量转移相率均在95%以上。这种通过能量梯度所实现的能量转移是对自然界光合作用的一种很好的模拟。

 

在未来的工作中，该课题组计划在此类树枝状分子的内核引入具有适合能级、能够实现电荷分离的集团，从而实现对于整个光合作用过程的模拟。另外，相关的基于此类分子的器件加工也正在进行中。（来源：国家重点实验室）