北理工在柔性分子基晶態(tài)功能材料研究中取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2021-11-26 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
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近日，北理工化學(xué)與化工學(xué)院姚子碩特別研究員在柔性分子基晶態(tài)功能材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Giant single-crystal-to-single-crystal transformations associated with chiral interconversion induced by elimination of chelating ligands”為題，在國(guó)際知名期刊《自然通訊》上發(fā)表（DOI：doi.org/10.1038/s41467-021-27282-9）。北京理工大學(xué)為唯一作者單位，化學(xué)與化工學(xué)院陶軍教授和姚子碩特別研究員為文章共同通訊作者，博士研究生李昀為該論文的第一作者，化學(xué)與化工學(xué)院謝靜教授在計(jì)算方面提供了幫助。
分子是構(gòu)筑分子材料的基本組成單元，也是決定材料物理性質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，通過(guò)外部刺激作用下晶體內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的變化可以有效調(diào)控材料的力、磁、電、光等不同物理性質(zhì)，這就為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)先進(jìn)分子基制動(dòng)材料、存儲(chǔ)材料以及可調(diào)控的光電材料提供了有效的途徑。
圖1 兩步可逆的單晶到單晶的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變
圖2 單晶到單晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中晶體對(duì)稱性與分子對(duì)稱性的協(xié)同變化
該課題組在前期通過(guò)分子指向變化調(diào)控材料力、磁物理性質(zhì)等相關(guān)工作的研究基礎(chǔ)上（ Nat. Chem. , 2014, 6, 1079-1083； Nat. Commum. 2019, 10, 4805-4812； Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 717-721），結(jié)合近期通過(guò)客體分子誘導(dǎo)晶格變化的相關(guān)報(bào)道，提出通過(guò)剝離弱螯合配體驅(qū)動(dòng)單晶到單晶轉(zhuǎn)變的研究思路，獲得了首例基于簡(jiǎn)單螯合配體脫離、晶體結(jié)構(gòu)縮合誘導(dǎo)的巨大并且可逆的單晶到單晶轉(zhuǎn)變。通過(guò)乙二醇螯合配體的兩步脫離/吸附，該材料體積可逆伸縮高達(dá)50%，質(zhì)量可逆交換36%，體積與質(zhì)量變化均達(dá)到目前文獻(xiàn)報(bào)道單晶到單晶轉(zhuǎn)變的最大值。同時(shí)螯合配體脫離過(guò)程中，金屬中心相鄰配位點(diǎn)空間釋放，分子手性發(fā)生反轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)單晶材料經(jīng)歷中心對(duì)稱—螺旋手性結(jié)構(gòu)—極性結(jié)構(gòu)的兩步可逆對(duì)稱性變化。該對(duì)稱性變化通過(guò)單晶X-射線衍射、變溫二階非線性光學(xué)以及CD光譜進(jìn)行了詳細(xì)的表征。通過(guò)比照單晶結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的轉(zhuǎn)變，作者對(duì)該結(jié)構(gòu)變化的分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了深入的分析。這種具有類凝膠性質(zhì)的單晶材料為柔性分子基單晶材料的合成提供了新的思路，同時(shí)基于螯合配體脫離驅(qū)動(dòng)的分子手性變化為新型手性配合物的合成提供了可能的途徑。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（22071009、21701013、21671161和21971016）以及北京理工大學(xué)創(chuàng)新人才科技資助專項(xiàng)計(jì)劃的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27282-9
附北理工雙穩(wěn)態(tài)功能材料課題組簡(jiǎn)介：
陶軍，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院特聘教授。主要從事分子磁性與功能材料研究，在Chem. Soc. Rev. 、J. Am. Chem. Soc. 、Angew. Chem., Int. Ed. 、Nat. Commun. 等高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。
姚子碩，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院特別研究員，日本九州大學(xué)博士、博士后，主要從事力、磁、電等柔性分子基晶態(tài)功能材料的研究工作，作為第一作者或通訊作者在Nat. Chem. 、Nat. Commun. 、J. Am. Chem. Soc. 、Angew. Chem., Int. Ed. 、CCS Chem. 等高水平期刊發(fā)表20余篇學(xué)術(shù)論文。
課題組主頁(yè)：http://www.tao-lab.cn/
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