陶军、姚子硕在柔性分子基晶态功能材料研究中取得重要进展

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近日，北理工化学与化工学院姚子硕特别研究员在柔性分子基晶态功能材料领域取得重要进展。相关研究成果以“Giant single-crystal-to-single-crystal transformations associated with chiral interconversion induced by elimination of chelating ligands”为题，在国际知名期刊《自然通讯》上发表（DOI：doi.org/10.1038/s41467-021-27282-9）。北京理工大学为唯一作者单位，化学与化工学院陶军教授和姚子硕特别研究员为文章共同通讯作者，博士研究生李昀为该论文的第一作者，化学与化工学院谢静教授在计算方面提供了帮助。
        分子是构筑分子材料的基本组成单元，也是决定材料物理性质的结构基础，通过外部刺激作用下晶体内部分子结构的变化可以有效调控材料的力、磁、电、光等不同物理性质，这就为设计开发先进分子基制动材料、存储材料以及可调控的光电材料提供了有效的途径。

图1 两步可逆的单晶到单晶的结构转变

图2 单晶到单晶转变过程中晶体对称性与分子对称性的协同变化

          该课题组在前期通过分子指向变化调控材料力、磁物理性质等相关工作的研究基础上（ Nat. Chem. , 2014, 6, 1079-1083； Nat. Commum. 2019, 10, 4805-4812； Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 717-721），结合近期通过客体分子诱导晶格变化的相关报道，提出通过剥离弱螯合配体驱动单晶到单晶转变的研究思路，获得了首例基于简单螯合配体脱离、晶体结构缩合诱导的巨大并且可逆的单晶到单晶转变。通过乙二醇螯合配体的两步脱离/吸附，该材料体积可逆伸缩高达50%，质量可逆交换36%，体积与质量变化均达到目前文献报道单晶到单晶转变的最大值。同时螯合配体脱离过程中，金属中心相邻配位点空间释放，分子手性发生反转，对应单晶材料经历中心对称—螺旋手性结构—极性结构的两步可逆对称性变化。该对称性变化通过单晶X-射线衍射、变温二阶非线性光学以及CD光谱进行了详细的表征。通过比照单晶结构对称性的转变，作者对该结构变化的分子运动机理进行了深入的分析。这种具有类凝胶性质的单晶材料为柔性分子基单晶材料的合成提供了新的思路，同时基于螯合配体脱离驱动的分子手性变化为新型手性配合物的合成提供了可能的途径。
        该研究得到了国家自然科学基金（22071009、21701013、21671161和21971016）以及北京理工大学创新人才科技资助专项计划的资助。
        文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27282-9


        附北理工双稳态功能材料课题组简介：
        陶军，北京理工大学化学与化工学院特聘教授。主要从事分子磁性与功能材料研究，在Chem. Soc. Rev. 、J. Am. Chem. Soc. 、Angew. Chem., Int. Ed. 、Nat. Commun. 等高水平学术期刊发表多篇学术论文。
        姚子硕，北京理工大学化学与化工学院特别研究员，日本九州大学博士、博士后，主要从事力、磁、电等柔性分子基晶态功能材料的研究工作，作为第一作者或通讯作者在Nat. Chem. 、Nat. Commun. 、J. Am. Chem. Soc. 、Angew. Chem., Int. Ed. 、CCS Chem. 等高水平期刊发表20余篇学术论文。
        课题组主页：http://www.tao-lab.cn/