多功能碳水化合物功能化二维锗烷的合成及其超分子立体识别能力研究

为解决二维锗烷(2D–GeH)衍生物合成方法繁琐、稳定性差及手性识别功能缺失等问题，研究人员通过硫醇化化学将环糊精(CD-SH)共价锚定于2D–GeH，构建了具有超分子立体识别能力的2D–GeCD材料。该材料可实现对色氨酸(TRP)对映体的双模式识别(荧光/电化学)及偶氮苯(AZO)非对映体的电化学区分，为手性药物筛选和递送系统开发提供了新策略。

　　

在材料科学领域，二维单元素材料（2D Xenes）因其独特的光电性质备受关注。其中，二维锗烷（2D–GeH）及其配体修饰衍生物（2D–GeR）展现出可调带隙和半导体特性，但现有合成方法依赖复杂的拓扑化学反应，导致功能配体种类受限且材料易氧化。更关键的是，传统2D–GeR缺乏超分子识别能力，难以应用于手性药物筛选等生命科学领域。

针对这些挑战，研究人员开发了一种创新策略：通过硫醇化反应将硫代β-环糊精（CD-SH）共价接枝到2D–GeH表面，构建了兼具稳定性和立体选择性的2D–GeCD材料。该研究采用透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术证实了Ge-S键的形成，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）发现材料抗氧化性显著提升（Ge-O特征峰强度降低）。光学表征显示功能化使带隙从1.66 eV红移至1.62 eV，荧光激发波长从354 nm蓝移至339 nm。

2.1. 2D–GeCD的合成与表征
通过Ge-S键共价连接实现了23%的配体交换率（H:S≈4:1），XPS在27.6 eV处出现Ge-S特征峰。材料在空气中存放12个月后仍保持结构完整性，但Ge-O峰略有增强，表明长期稳定性仍有优化空间。

2.2. 2D–GeCD的多任务立体识别能力
色氨酸对映体双模式识别
荧光检测显示2D–GeCD对L-TRP的灵敏度是D-TRP的2倍（斜率比S_L/S_D=2.0），检测限达10 nM，这与β-CD对两种对映体的结合常数差异（log K: L-TRP 2.33 vs D-TRP 1.11）一致。电化学分析进一步实现60 mV的峰电位分离（ΔE_L–D）和1.55 μA的电流比（I_L/I_D），可精准判定TRP对映体过量值（r²=0.99）。

偶氮苯非对映体电化学开关
利用AZO的E/Z光异构化特性，2D–GeCD展现出可逆的电化学响应：E-AZO封装时[Fe(CN)₆]^3?/4?氧化还原电流（I_p）为710.6 μA，UV光照释放Z-AZO后升至791.1 μA（ΔI_p=80.5 μA），开关循环稳定性达4%。对比实验显示游离CD-SH的响应仅2.6%，证实2D骨架对环糊精空间排列的优化作用。

这项研究开创性地将超分子识别功能引入二维锗烷体系，不仅拓展了2D Xenes在药物手性分析和光控递送中的应用，更为设计多功能二维材料提供了普适性策略。通过Ge-S键稳定化效应和主客体化学的协同作用，2D–GeCD实现了传统材料难以企及的立体选择性和环境稳定性，为生物医学传感和智能药物载体开发开辟了新途径。论文发表于《Applied Materials Today》，展示了二维材料与超分子化学交叉融合的巨大潜力。