手性自组装体可在调节其官能团结构或分子间弱相互作用方式下形成纳米管状、螺旋状、扭曲状、纳米纤维状等独特的手性结构,这些手性自组装体结构具有多样性,并且具有较高的力学刚性和热力学稳定性等性能,可望在纳米生物医药、仿生生物矿化、分子识别、传感器设计等领域具有较好的应用前景。因此,发展手性自组装体的构筑技术,揭示手性自组装构筑机理已引起人们的广泛关注。当前,手性自组装体的构筑主要以手性两亲分子通过自组装完成,因此,手性两亲分子结构的设计和相互作用方式对发展新型手性自组装体非常重要。手性氨基酸型表面活性剂由于环境友好、生物相容、结构可调、具有一个或多个手性中心,可望在生命科学、材料制备、食品乳化、日用精细化学品等领域具有广泛的应用前景。近年来,基于氨基酸分子的丰富结构和手性特点,将其引入到特定的两亲分子中,构建具有不同结构的分子有序自组装体,并发展其在药物的包封与缓释、材料结构的控制等方面的应用具有很高的学术与应用价值。研究表明,不同分子间的共价或非共价相互作用,如络合作用、氢键作用、静电作用、疏水作用、π-π堆积作用和手性识别作用等,对自组装体构筑具有不同的贡献。然而,这种不同分子间作用方式对手性自组装体构筑的贡献,以及各种分子结构和简单物理化学条件(如:温度、pH、离子强度等)对不同有序结构体的形成与转化的调控规律尚不系统完善。此外,氨基酸表面活性剂中连接氨基和羧基端的碳原子是不对称碳原子,所以,基于其手性构筑新型的手性自组装体,可望在手性药物的分离与识别、手性材料的制备与功能性应用等方面提供新型途径。本论文设计合成了一系列具有不同链长的手性苯丙氨酸表面活性剂,研究了其在水溶液中的缔合特性、凝胶化行为以及对超分子化合物杯芳烃诱导形成复合自组装体结构及其转变的规律,探讨了自组装体结构与手性信号之间的关系。基于这种手性氨基酸表面活性剂的自组装体的结构导向作用,诱导合成了手性金属氧化物材料,发现其具有良好的电催化氧化性能。本论文主要分为以下五个部分:1.N-(2-羟基烷基)-L-苯丙氨酸表面活性剂的合成及其在水溶液中的手性自组装行为通过在碱性环境下将环氧烷开环,与苯丙氨酸的N端进行连接,设计合成了一系列不同链长的N-(2-羟基烷基)-L-苯丙氨酸表面活性剂。以表面张力、动态光散射、圆二色谱、负染透射电镜等方法研究了其在碱性水溶液中的手性自组装特性,并探讨了不同头基、不同链长和不同温度下缔合结构的转变与调控特性。通过对比N-(2-羟基烷基)-L-苯丙氨酸表面活性剂和N-(2-羟基烷基)-L-丙氨酸表面活性剂自组装体的结构与形貌可以看出,苯环基团显著改变表面活性剂的自组装行为;随着烷基链长的增加,手性苯丙氨酸的疏水性增强,自组装体呈现从纤维束至纤维棒再到多股纤维缠绕和分支分叉的结构;当增加表面活性剂的体系温度,导致分子间氢键断裂,自组装体的形貌由螺旋缠绕转为棒状结构再形成纤维结构。溶液中N-(2-羟基烷基)-L-苯丙氨酸表面活性剂的手性信号随浓度增加而增强,从而为研究该类表面活性剂手性自组装体的构筑及其手性驱动机制提供了重要的理论依据。2.N-(2-羟基烷基)-L-苯丙氨酸手性凝胶的构筑研究了 pH值响应的手性凝胶的构筑及其凝胶化行为。以旋转流变仪测定了其不同浓度、不同链长条件下形成的凝胶的流变学行为,同时揭示了其相应的相转变温度。圆二色谱(CD)研究了凝胶在不同浓度和不同链长下的手性变化特征。以小角X-射线散射(SAXS)探讨了浓度对凝胶结构的影响,并以透射电镜观察了不同链长和浓度下缔合而成的凝胶形貌与结构。结果表明:该类表面活性剂只有在12.5≤pH≤13环境下才能形成手性凝胶,且胶凝能力随链长增加,胶凝数显著增加,凝胶能力增强。表面活性剂链长和浓度增加,会使聚集体发生紧密排列,导致羰基和苯环发色团之间的耦合减弱,手性减小,这说明物质的手性不是一直都显示手性放大的作用,在特定的条件下,手性也会减小。但链长和浓度的增加,均会使凝胶的黏弹性增强,凝胶的相转变温度增加,手性信号随链长增加而大幅减小,手性凝胶的生成主要是通过相邻分子链上的OH和NH基团之间的分子间氢键和手性中心的识别作用而形成。3.N-(2-羟基烷基)-L-苯丙氨酸诱导杯[4]芳烃的新型复合手性自组装体的构筑研究了以苯丙氨酸表面活性剂诱导杯[4]芳烃羧酸衍生物形成新型手性复合自组装体。通过表面张力仪测定了苯丙氨酸表面活性剂/杯[4]芳烃复合体系的表面张力;以动态光散射方法测定其流体力学半径;利用核磁共振氢谱的化学位移做出Job曲线,拟合出两者的结合比;紫外、圆二色谱和负染透射电镜给出了苯丙氨酸表面活性剂诱导两亲性杯[4]芳烃羧酸衍生物的手性自组装体的结构特性。研究发现,固定杯[4]芳烃浓度为0.1 mmol/L,当苯丙氨酸表面活性剂与杯芳烃摩尔比为2:1及以下,它们复合形成了球状结构,当摩尔比大于2:1时,形成了类似热带红毛丹水果的特殊形貌。初步推断是手性苯丙氨酸表面活性剂的烷基链与杯[4]芳烃疏水腔体的疏水作用,头基中的苯环因与杯[4]芳烃的苯环形成的π-π堆积作用,以及头基中手性中心的识别作用,使得烷基链与头基中的苯环插入杯芳烃的腔体。其后,增加的苯丙氨酸表面活性剂在杯[4]芳烃外侧通过烷基间疏水作用驱动下,在球形组装体周围形成了手性一维自组装体。4.N-(2-羟基十二烷基)-L-苯丙氨酸诱导合成手性二氧化铈纳米材料及其电催化性能采用苯丙氨酸表面活性剂作为结构导向剂,利用水热法合成了手性二氧化铈纳米材料。以扫描电镜,透射电镜和高分辨透射电镜对所制备的Ce02的形貌进行了表征。以圆二色谱测定了所合成的二氧化铈纳米材料的圆二色性,结果表明二氧化铈纳米材料因不对称分布而呈现手性信号。由于苯丙氨酸表面活性剂的手性组装体结构的引入,导致二氧化铈纳米晶核围绕手性自组装体骨架呈现不对称生长,这可能是二氧化铈纳米粒子手性的来源。这种手性二氧化铈纳米粒子作为修饰电极材料,可对葡萄糖分子表现出较高的电催化性能。实验结果表明,其可检测0.80μmol/L-2.00 mmol/L范围内的葡萄糖,检出限为0.40 μmol/L。因此,手性Ce02纳米粒子在电催化领域表现出良好的应用前景。5.N-(2-羟基十二烷基)-L-苯丙氨酸诱导合成手性钙钛矿(LaSrCo04)纳米材料及其电催化性能采用N-(2-羟基烷基)-L-苯丙氨酸表面活性剂诱导合成了具有多孔结构的手性LaSrCo04纳米结构材料。以X-射线衍射、扫描电镜,透射电镜、高分辨透射电镜以及光电子能谱测定了材料的形貌、结构及组成。结果发现,以1.2 mmol/L浓度的苯丙氨酸表面活性剂为结构导向剂制备的LaSrCo04与更高浓度或不加表面活性剂时制备的LaSrCo04材料相比其颗粒度最小,孔隙率最高。以圆二色谱测定了 LaSrCo04材料的圆二色性,结果表明LaSrCoO4呈现较强的手性信号,且随着所采用苯丙氨酸表面活性剂浓度的增加不断增强。在表面活性剂浓度为1.2 mmol/L时,手性信号达到最大值。然而,继续增加表面活性剂的浓度后,手性信号则开始减弱。因此,基于手性苯丙氨酸表面活性剂组装体的不对称性,可手性诱导合成LaSrCoO4,其具有独特的多孔特征和电催化性能。这为制备高性能中温固体氧化物燃料电池阴极材料提供了新型途径。