超分子自组装是指多个分子单元通过分子间相互作用力自发地缔合成高度有序的分子聚集体的过程,不仅能避免繁琐复杂的合成过程,提高了组装效率,而且通过调节单个分子单元结构以及非共价键作用,可以实现组装体结构与性能的精确调控。因此,这种“由下到上(bottom-up)”的超分子自组装策略更有益于构筑多维功能纳米材料,在药物转运、化学传感、液晶材料、智能窗材料及光催化等诸多领域中发挥出越来越重要的作用。随着新一代主体大环分子的开发,基于水溶性柱芳烃通过主客体作用构建的超分子组装体成为近年来的研究热点之一。本文基于水溶性柱[5]芳烃大环的主客体识别作用,构筑了人工光捕获体系,并初步实现将捕获的能量应用于有机光催化领域,对深入理解和模拟自然光合作用具有重要意义。具体研究内容为以下两个方面:第一部分,我们设计了一种基于水溶性柱[5]芳烃(WP5)与bola型四苯乙烯铵盐衍生物(TPEDA),通过非共价键作用构筑的新型人工光捕获体系。其在水相中可实现两次连续荧光共振能量转移(FRET)过程。由于聚集诱导发光(AIE)效应的独特性质,紧密堆叠的四苯乙烯衍生物可表现出高强度荧光发射,使其可作为水相捕光系统的重要能量给体。同时,主体分子WP5能降低TPEDA的临界聚集浓度并增强其AIE效应。当将WP5加入TPEDA水溶液中时,可以形成稳定的主客体复合物,并进一步自组装形成超分子纳米粒子。在疏水作用的驱动下,能量受体疏水荧光染料曙红Y(ESY)可以成功地包封到所形成的WP5?TPEDA囊泡的疏水栅栏层中。由于WP5?TPEDA组装体的发射光谱带与ESY的吸收带之间有良好的重叠,因此从WP5?TPEDA到ESY能实现高效的一次能量转移过程。此外,疏水染料尼罗红(Ni R)可作为第二种能量受体同时封装到WP5?TPEDA囊泡中来实现两次连续能量转移过程。总而言之,在给体/受体比([TPEDA]/[ESY]/[Ni R])为200:1:1的条件下,能以较高的能量转移效率实现从WP5?TPEDA组装体到ESY,接着从WP5?TPEDA-ESY组装体到Ni R的连续两次能量转移过程。第二部分,通过调节给体/受体比,在[TPEDA]/[ESY]/[Ni R]=100:5:2的条件下,WP5?TPEDA-ESY-Ni R体系可以实现强白光发射,其色度图中坐标为(0.33,0.33),在白光发射材料领域有潜在的应用。更重要的是,由于AIE效应有效避免了荧光淬灭现象,并且促进能量转移过程的高效进行,因此所构筑的人工光捕获体系可作为纳米反应器和高效催化剂用于催化α-溴苯乙酮的脱卤反应,通过优化反应条件,在水相中产率可达96%。该部分工作为深入理解和模拟天然光合作用过程方面提供了理论依据。综上所述,我们基于超分子自组装策略,利用水溶性柱[5]芳烃的主客体识别作用构筑了具有两次连续能量转移过程的人工光捕获体系,并初步实现将所捕获的能量用于白光发射和有机光催化反应。未来,我们将会继续开发基于水溶性柱[5]芳烃的新型功能纳米材料用于手性催化领域,进一步加强超分子化学与物理、生物等学科的交叉,为理解和模拟生命的内在机制提供新的方向与视角。