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)開發(fā)先進(jìn)分子基制動材料,、存儲材料以及可調(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(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)合近期通過客體分子誘導(dǎo)晶格變化的相關(guān)報(bào)道，提出通過剝離弱螯合配體驅(qū)動單晶到單晶轉(zhuǎn)變的研究思路,，獲得了首例基于簡單螯合配體脫離,、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),，對應(yīng)單晶材料經(jīng)歷中心對稱—螺旋手性結(jié)構(gòu)—極性結(jié)構(gòu)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(xué)以及CD光譜進(jìn)行了詳細(xì)的表征,。通過比照單晶結(jié)構(gòu)對稱性的轉(zhuǎn)變,，作者對該結(jié)構(gòu)變化的分子運(yùn)動機(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(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：http://www.tao-lab.cn/
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