北理工在柔性分子基晶態(tài)功能材料研究中取得重要進展
發(fā)布日期：2021-11-26 供稿：化學與化工學院 攝影：化學與化工學院
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近日，北理工化學與化工學院姚子碩特別研究員在柔性分子基晶態(tài)功能材料領域取得重要進展。相關研究成果以“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）。北京理工大學為唯一作者單位，化學與化工學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，化學與化工學院謝靜教授在計算方面提供了幫助。
分子是構筑分子材料的基本組成單元，也是決定材料物理性質的結構基礎，通過外部刺激作用下晶體內部分子結構的變化可以有效調控材料的力、磁、電、光等不同物理性質，這就為設計開發(fā)先進分子基制動材料、存儲材料以及可調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構轉變
圖2 單晶到單晶轉變過程中晶體對稱性與分子對稱性的協(xié)同變化
該課題組在前期通過分子指向變化調控材料力、磁物理性質等相關工作的研究基礎上（ Nat. Chem. , 2014, 6, 1079-1083； Nat. Commum. 2019, 10, 4805-4812； Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 717-721），結合近期通過客體分子誘導晶格變化的相關報道，提出通過剝離弱螯合配體驅動單晶到單晶轉變的研究思路，獲得了首例基于簡單螯合配體脫離、晶體結構縮合誘導的巨大并且可逆的單晶到單晶轉變。通過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50%，質量可逆交換36%，體積與質量變化均達到目前文獻報道單晶到單晶轉變的最大值。同時螯合配體脫離過程中，金屬中心相鄰配位點空間釋放，分子手性發(fā)生反轉，對應單晶材料經(jīng)歷中心對稱—螺旋手性結構—極性結構的兩步可逆對稱性變化。該對稱性變化通過單晶X-射線衍射、變溫二階非線性光學以及CD光譜進行了詳細的表征。通過比照單晶結構對稱性的轉變，作者對該結構變化的分子運動機理進行了深入的分析。這種具有類凝膠性質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，同時基于螯合配體脫離驅動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。
該研究得到了國家自然科學基金（22071009、21701013、21671161和21971016）以及北京理工大學創(chuàng)新人才科技資助專項計劃的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27282-9
附北理工雙穩(wěn)態(tài)功能材料課題組簡介：
陶軍，北京理工大學化學與化工學院特聘教授。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. 等高水平學術期刊發(fā)表多篇學術論文。
姚子碩，北京理工大學化學與化工學院特別研究員，日本九州大學博士、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余篇學術論文。
課題組主頁：http://www.tao-lab.cn/
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