分形结构因其特殊的数学和美学意义受到科学家们长期以来的广泛关注。化学家们更是试图利用共价键和配位键等来合成各类分子分形结构体，但由于受到合成方法的种种制约，始终无法实现高级别、无缺陷的系列分子分形结构的构筑。最近，北京大学化学与分子工程学院吴凯教授课题组与北京大学信息科学技术学院物理电子学研究所王永锋特聘研究员及其他合作者协力合作，实现了谢尔宾斯基（Sierpiński）分形结构的分子组装，并利用超高真空低温扫描隧道显微镜（STM）对这些由分子间弱相互作用驱动形成的分子分形结构进行了亚分子水平的详细表征。这一研究成果于2015年3月30日以“Assembling molecular Sierpiński triangle fractals”为题在线发表于《自然-化学》杂志：Nature Chemistry, 2015, 7, 389-393（DOI：10.1038/NCHEM.2211）。原文链接参见：http://www.nature.com/nchem/journal/v7/n5/full/nchem.2211.html
该论文同时被选为Nature Chemistry当期封面文章（下图）。Nature Chemistry杂志还专门配发了美国Indiana大学化学系Steven L. Tait教授撰写的题为“Surface chemistry: Self-assembling Sierpiński triangles”的评论文章（Nature Chemistry，2015，7，370–371）：http://www.nature.com/nchem/journal/v7/n5/full/nchem.2238.html。
吴凯教授及其合作者设计了一系列折线形、端基对位取代的二溴代多联苯分子（B4PB）作为组装前驱体，利用分子间协同的环形卤键和氢键作用，在Ag(111)表面成功构筑了一系列无缺陷的分子Sierpiński三角分形结构（参见下图）。通过box-counting法实验测量了该类分形结构的Hausdorff维数为1.68，接近于Sierpiński三角分形结构的理论值（1.59）。这一系列分子分形结构符合Sierpiński三角分形结构的典型特征和递推迭代规律，表现出完美的自相似性，结构参数可以简洁地数学表达。此外，他们还对此类分子Sierpiński三角分形结构的实验构筑提供了具体的指导原则。
图例说明：a排为不同级数的Sierpiński三角分形结构模型；b排为实验中分子实际组装得到的对应Sierpiński三角分形结构。n代表Sierpiński三角分形结构的级数。b排图形中的数字代表构成该Sierpiński三角分形结构的分子总数目。最下排的数字标尺标示了实际尺寸。
这一研究工作为国际上首次通过分子自组装方法在固体表面成功构筑无缺陷的新型分子分形结构的研究案列，为分子设计及可控自组装构筑分子分形结构提供了新的方法和思路，并为分子分形结构的性质研究奠定了基础。
北京大学化学与分子工程学院2010级博士研究生尚鉴为该文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委重点项目和“可控自组装体系及其功能化”重大研究计划、科技部重大科学研究计划、北京分子科学国家实验室（筹）以及北京大学-新加坡国家研究基金会（NRF）合作项目（SPURc）的联合资助。
-->
北大化学微信