金纳米粒子-柱芳烃复合材料检测示意图
超分子化学是研究分子间通过非共价键相互作用形成的复杂有序且具有特定功能的分子聚集体的一门新兴交叉学科. 1987年, 诺贝尔化学奖授予了Pedersen, Lehn和Cram3位化学家, 以表彰他们在超分子化学方面的开创性工作和重要贡献. 超分子化学的最初研究是以冠醚和环糊精等大环为主体分子, 分别被称为第一代和第二代超分子主体化合物.
近年来, 另一种新型的大环化合物杯芳烃及其衍生物以其独特的结构和优异的性能引起了科研工作者的极大关注, 并成为继冠醚和环糊精之后的第三代超分子主体化合物. 随着杯芳烃化学的不断发展, 许多新型杯芳烃, 如硫代杯芳烃、杯吡咯和氧杂同杯芳烃等不断被合成, 并且在超分子化学领域显示了广泛的应用.
2008年, 杯芳烃的对位类似物—柱芳烃作为一类新的大环分子被首次合成报道. 由此基于柱芳烃的研究如雨后春笋般展开, 包括柱芳烃的合成方法、对柱芳烃分子的功能化、柱芳烃分子的主客体化学以及基于柱芳烃的首个分子传感器的制备等.
吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室杨英威课题组将柱芳烃与金纳米材料相结合构筑出具有两种组分共同优势的复合纳米材料，充分的将金纳米粒子的光、电、热和催化性质和柱芳烃的主客体识别特性有机的结合起来用于超分子自组装和农药传感检测领域。该课题组研究发现：新设计合成的水溶性羧基化柱芳烃可作为稳定的配体高效的用于金纳米粒子的可控制备，同时，所合成的金纳米粒子具有优良的分散状态和窄的粒径分布。由于柱芳烃包覆于金纳米粒子的表面，客体分子的加入能够诱导金纳米粒子形成一维、二维和三维的超分子组装体。功能化于金纳米粒子表面的柱芳烃依然保持着优异的主客体识别特性。更为重要的是，该工作展示了此类柱芳烃功能化的金纳米粒子复合材料作为光学探针可用于农药（百草枯）的定量和定性传感检测。该工作发表于《美国化学会志》上(J. Am. Chem. Soc. 2013,135, 1570-1576)。目前该课题组正在将此类材料和技术结合表面增强拉曼技术构筑农药传感检测器件。