福建物构所铝团簇玻璃研究取得新进展

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“晶体-液体-玻璃”相变为可调控新型玻璃的合成提供了一条全新的途径。与传统玻璃不同，晶态材料可以通过配位化学和网格化学设计原理来微调所需的属性，如改善传质、光学性能等，这是无法在传统无机、有机和金属玻璃中实现的。如何诱导晶态材料局域结构无序进而实现液化再到玻璃化转变是一个挑战，因为绝大部分晶态材料直至分解温度也无法熔融。例如，研究广泛的金属有机框架体系中，尽管目前已报道的材料个数已超过十万，历时十余年玻璃态探索仍旧局限于ZIF-4、ZIF-62、ZIF-8等极少数模型化合物。打破“晶体-液体-玻璃”过程中对金属和配体的限制，开发普适性晶态材料玻璃化合成途径是目前该领域的一个研究瓶颈。

　　图1. 与DES组分结合的铝分子环示意图

　　近日，受到传统无机玻璃制作过程中引入纯碱（Na2CO3）、草木灰（K2CO3）等矿物来降低熔点，以及深共晶溶剂（DES）混合物熔点明显下降特点的启发，中国科学院福建物质结构研究所张健团队首次揭开团簇玻璃化的面纱，通过在分子水平上的DESs晶格掺杂设计合成了第一类可熔化的铝分子环。这类分子环化合物在加热后经历了晶体-液体-玻璃的过程，结构中的铝分子环、DES组分和晶格溶剂之间丰富而强的氢键被认为是熔点降低的根源。这种晶格掺杂的结合方法为团簇玻璃的开发提供了一条普适性的制备途径。此外，团簇玻璃“软材料”的可塑性促使作者继续探索其可加工性和光学性能。作者在常压下采用简易“热压法”制备无气泡玻璃膜并保持与原始晶体类似的发光与三阶非线性效果。与传统的基材粘合方法相比，这种团簇玻璃膜的成型不需要额外的混合介质，展现出团簇玻璃的优势。
　　团簇玻璃材料的可控制备和光学应用探索为晶体-液体玻璃家族提供了新的设计理念。在该项工作中，作者展示了DES启发的铝氧团簇玻璃的制备并研究了这类玻璃产品的形成机制与作为多功能光学玻璃的潜力。铝氧分子环与离子液体组分的结合策略克服了晶体玻璃对金属和配体类型的限制，将为“晶体-液体-玻璃”的研究打开更加宽广的局面。相关成果发表于《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202400161）上。国科大博士生王三太为本文第一作者，方伟慧研究员为通讯作者。
　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202400161
       文章来源：福建物构所
       方伟慧，女，博士，研究员。2006年毕业于黑龙江科技大学，2009年获华侨大学硕士学位，2013获中国科学院大学博士学位，2016年晋升副研究员，主要从事金属氧基簇合物的结构设计与合成方面的科研工作，主持国家自然科学基金2项，福建省自然科学基金项目1项，并参与国家973计划等课题，已入选2017年度中科院青年创新促进会。2016.10-2017.10在英国剑桥大学Prof. Dominic S Wright小组进行访问研究。目前，以第一作者或通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc., Chem. Soc. Rev., Chem. Mater.,Chem. Commun.等国际化学刊物上发表论文20多篇。