《美國化學(xué)會志》報道我校光響應(yīng)分子晶體研究進展
????光機械響應(yīng)分子晶體可以通過光化學(xué)反應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)換為各種機械形變和運動，是構(gòu)筑未來動態(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)計分子結(jié)構(gòu)和晶體形貌從而實現(xiàn)新穎且具有潛在應(yīng)用價值的光機械響應(yīng)行為一直是該領(lǐng)域的重點之一。近日，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院、費林加諾貝爾獎科學(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)域取得重要進展，相關(guān)研究成果以封面形式發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12485）。
????光機械響應(yīng)行為中，分子晶體的定向膨脹（如伸長、變寬、變厚等）是產(chǎn)生有效機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，并通過表面活性劑介導(dǎo)的晶種生長法，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)出強烈的光機械運動，包括彎曲和顯著的定向伸長。經(jīng)統(tǒng)計，晶體的平均伸長率約為37.0%(±3.8%)，最高伸長可達到原始晶體長度的143.1%。晶體的這種獨特伸長行為主要由光化學(xué)過程中二聚產(chǎn)物分子的重排和晶體結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致。同時，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)化率也促進了晶體優(yōu)異的光機械響應(yīng)行為。由于內(nèi)部具有特殊的密閉空腔結(jié)構(gòu)，這些微米晶體可進一步用于長時間存儲功能性液體。研究發(fā)現(xiàn)，在晶體空腔中存放近一個月之久的水溶性染料仍具有較強的發(fā)光特性。經(jīng)光照，空腔中的染料也可以獲得釋放，實現(xiàn)無接觸操控，同時可以通過調(diào)節(jié)光照的強弱對釋放染料的速率進行調(diào)控。該項研究成果為合理設(shè)計分子結(jié)構(gòu)與創(chuàng)制新的晶體形貌，從而進一步實現(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家自然科學(xué)基金、材料生物學(xué)與動態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、上海市科技重大專項、上海科學(xué)技術(shù)委員會、上海市揚帆計劃、費林加諾貝爾獎科學(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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