功能分子的自組裝和表面反應一直被認為是自下而上構建低維納米結構、材料乃至器件的重要方法。納米材料與器件的功能性有賴于結構的有序度和穩定性，利用掃描隧道顯微鏡（STM）對其制備過程進行精細觀察與調控的方法可以為構建性能優異的有機納米器件奠定重要的基礎。
北京大學的吳凱教授（點擊查看介紹）課題組長期開展功能分子自組裝與表面反應的研究，實現了多種新型低維納米結構的構建和調節（Chin. Chem. Lett., 2017, 28, 525; ACS Nano, 2017, 11, 134; Nat. Chem., 2015, 7, 389; Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 7562; J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 10138），并利用表面效應和動力學因素對分子自組裝和表面反應進行了有效調控（Mater. Chem. Front., 2017, 1, 119; Chem. Comm., 2016, 52, 12944; ACS Nano, 2015, 9, 6305; J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 21753）。最近，他們開展的一項研究表明：分子自身的自組裝結構可以有效調控表面反應的產率和選擇性。
他們利用STM技術，研究了Au(111) 表面4,4'-二(2,6-雙氟代吡啶-4-基)-1,1': 4',1''-三聯苯分子的自組裝及其對表面反應的調控。研究發現，當表面升溫至520 K以上時，分子會發生兩個通道的反應，即脫氫環化反應和脫氟偶聯反應。脫氫環化反應的產物共有4種同分異構體，每種同分異構體又包含2種表面手性異構體；脫氟偶聯反應則包含2種表面構象異構體。快速升溫造成分子在表面混亂排列，兩個反應通道的所有10種可能反應產物都在實驗中觀測到。若緩慢升溫，分子在反應前先自組裝成有序結構，升高反應溫度時只形成脫氫環化反應通道的2種產物，而脫氟偶聯反應通道被徹底切斷。通過監控分子自組裝結構在反應過程中的演變，他們認為處于自組裝體中的反應物分子原位發生反應，反應分子的自組裝導致產物分布的窄化和反應選擇性提高。這一研究不僅開啟了分子自組裝調控表面反應的先河，更為表面反應的調控提供了新思路。
該研究是與中國科學技術大學的邵翔教授、美國普渡大學的廖佩琳教授和丹麥奧胡斯大學iNano中心的Kurt Gothelf教授合作完成的，近期發表在Angewandte Chemie International Edition 雜志上。
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