《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》報(bào)道我校光響應(yīng)分子晶體研究進(jìn)展
????光機(jī)械響應(yīng)分子晶體可以通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)換為各種機(jī)械形變和運(yùn)動(dòng)，是構(gòu)筑未來(lái)動(dòng)態(tài)光智能響應(yīng)設(shè)備的重要基礎(chǔ)材料之一。其中，合理設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)和晶體形貌從而實(shí)現(xiàn)新穎且具有潛在應(yīng)用價(jià)值的光機(jī)械響應(yīng)行為一直是該領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。近日，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院、費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心曲大輝教授和童非特聘研究員在該領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以封面形式發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12485）。
????光機(jī)械響應(yīng)行為中，分子晶體的定向膨脹（如伸長(zhǎng)、變寬、變厚等）是產(chǎn)生有效機(jī)械功最直接的方式之一。然而，由于分子間相互作用力的存在以及傳統(tǒng)固態(tài)光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低等問題的限制，光響應(yīng)分子晶體的顯著定向膨脹一直未能很好實(shí)現(xiàn)。近日，基于萘環(huán)骨架和丁二烯結(jié)構(gòu)，我校研究人員合成了一種新的光響應(yīng)化合物，并通過(guò)表面活性劑介導(dǎo)的晶種生長(zhǎng)法，成功制備了具有內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)的新型微米分子晶體。這些晶體在可見光照下表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光機(jī)械運(yùn)動(dòng)，包括彎曲和顯著的定向伸長(zhǎng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，晶體的平均伸長(zhǎng)率約為37.0%(±3.8%)，最高伸長(zhǎng)可達(dá)到原始晶體長(zhǎng)度的143.1%。晶體的這種獨(dú)特伸長(zhǎng)行為主要由光化學(xué)過(guò)程中二聚產(chǎn)物分子的重排和晶體結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致。同時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物分子間的巨大結(jié)構(gòu)差異以及近100%的高產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率也促進(jìn)了晶體優(yōu)異的光機(jī)械響應(yīng)行為。由于內(nèi)部具有特殊的密閉空腔結(jié)構(gòu)，這些微米晶體可進(jìn)一步用于長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)功能性液體。研究發(fā)現(xiàn)，在晶體空腔中存放近一個(gè)月之久的水溶性染料仍具有較強(qiáng)的發(fā)光特性。經(jīng)光照，空腔中的染料也可以獲得釋放，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸操控，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)光照的強(qiáng)弱對(duì)釋放染料的速率進(jìn)行調(diào)控。該項(xiàng)研究成果為合理設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)與創(chuàng)制新的晶體形貌，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其潛在功能提供了一種新的思路和方法。
該工作由我校博士研究生徐天奕完成，通訊作者為曲大輝教授和童非特聘研究員，并得到了田禾院士的悉心指導(dǎo)。此外，該研究工作還得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、材料生物學(xué)與動(dòng)態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、上海市科技重大專項(xiàng)、上海科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、上海市揚(yáng)帆計(jì)劃、費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心等資金支持。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12485
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