二维超分子材料是近年来的研究热点，其中贵金属有机薄膜材料在催化、光学、电化学等领域表现出了巨大应用潜能。本论文工作在二维薄膜中引入贵金属成分(如Pd、Pt、Au、Ag和Ir)，重点研究二维金属有机薄膜材料的组装机理，并针对所制备材料的结构特性，开展相关催化和液相分子检测方面的应用研究。本论文有关“多肽组合体的制备和催化应用研究”是本课题组与美国约翰霍普金斯大学化学和生物分子工程系合作研究的一部分。第二、三章相关研究在天津大学完成、第四章研究在约翰霍普金斯大学完成。
　　第二章中，利用辉光放电富含的电子，通过电子诱导组装法(又称室温电子诱导组装法)，在室温下合成了超轻絮状的Pd/Pt/Au@KLVFF贵金属多肽纳米薄膜。该方法采用含有Pd2+、Pt4+或Au3+的多肽前驱体溶液，在电子诱导作用下，数分钟内同步实现贵金属离子的还原和多肽组装。所用多肽的氨基酸序列为KLVFF。该方法反应时间短，无需使用氢气或有毒有害化学还原剂，是一种绿色环保的超快速组装技术。本研究结合实验表征和密度泛函理论(Density functional theory, DFT)计算，系统研究了多肽在电子诱导效应下的组装机理。研究证明，多肽在组装过程，其苯环和叔碳位置的C-H键被部分氧化为C-OH键。电子诱导形成的C-OH提供了额外的分子间氢键，与多肽固有酰胺键形成的氢键，共同促进多肽单体交联，促使多肽在极短时间内以随机无序的方式排列成碟状组装单元。进一步研究证明，苯环的π-π堆叠作用促进碟状组装单元在气液界面有序堆叠形成二维薄膜结构。研究发现，所得Pd/Pt/Au@KLVFF薄膜具有化学响应释放贵金属纳米颗粒的性质。在NaBH4刺激下快速释放的Pd、Pt、Au纳米颗粒能够高效地催化对硝基苯酚还原反应。
　　为进一步拓展室温电子还原诱导组装应用范围，在第三章研究中，采用聚乙烯吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone),PVP)替代多肽制备了Ag-PVP薄膜。这方面研究拓展了有机骨架的种类，同时将薄膜横向尺度由多肽膜的微米级提高到宏观可见的聚合物膜的厘米级。研究发现，Ag-PVP薄膜能够完整、连续、均匀地覆盖在溶液表面上。通过对薄膜内银颗粒分布情况和光学性质的研究，证明Ag-PVP薄膜的银颗粒间距能自发的根据吸附分子的尺寸进行调整。应用研究证明，漂浮于液面的Ag-PVP薄膜具有优异的表面拉曼增强散射(Surface Raman enhanced scattering,SERS)性能，能显著增强4-氨基硫酚(4-Aminothiophenol；4-ATP)、核黄素、4-巯基苯甲酸(4-Mercaptobenzoic acid；4-MBA)、4-巯基苯酚(4-mercaptophenol；4-MPh)和4-氨基苯甲酸(4-aminobenzoic acid；4-ABA)的液相拉曼信号。该工作拓展了SERS基底的制备方式，为液相分子检测提供了新方法。
　　含铱(Ir)有机化合物是重要的均相催化剂，但一些含铱(Ir)化合物在反应中存在不稳定问题。为此，我们将一种含铱均相催化剂Cp*Ir(ppy)Cl通过化学方法分别连接在理性设计的多肽的亲水端和憎水端，合成了两种金属化的多肽两亲性分子(Metallizedpeptide amphiphile, MPA)。研究发现，Cp*Ir(ppy)Cl与多肽自组装后形成了二维纳米丝带和一维纳米纤维两种组合体材料，Ir活性中心分别分布于纳米丝带的表面和纳米纤维的内核中。我们将获得的含有Cp*Ir(ppy)Cl活性中心的超分子多肽组装体用于水氧化反应，侧重探讨超分子结构对水氧化反应催化稳定性的影响。研究证明，将Cp*Ir(ppy)Cl固定在超分子结构的表面，有助于减缓水氧化反应过程形成的Ir-O-O-Ce中间活性物种的团聚，从而有效的改善催化剂稳定性；反之，将Cp*Ir(ppy)Cl包裹在多肽纤维内部，则会造成催化活性和稳定性下降。上述研究获得的金属多肽组合体可望为均相催化剂非均相化提供一个新的研究思路。