香港科大唐本忠院士课题组和华南理工王志明研究员团队在机械变色材料机理探索方面取得新进展

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万事万物都是在运动中的，自然界中的各种生命体是通过分子运动，从环境中获取能量，从混沌中去构建高度有序的复杂结构从而去实现各种各样的功能。正是由于分子运动如此重要，科学家们也投入了巨大的精力去探索分子运动，利用分子运动。然而，在固态条件下，分子间存在较强的相互作用，分子迁移率较低，使得固态下分子运动的调控是及其困难的。因此如何利用固态分子运动去实现如生命体类似的从无序到有序的高级构筑也是科学家们一直面临的一个极大的挑战。研究者们已经试图通过利用光、热、电、磁场或力等各类外界刺激去实现这一点。其中，机械力是非常简单的且易于操作的，因而也成为研究者们用于调控固态分子运动的首选方法之一。

近日，香港科技大学唐本忠院士团队联合华南理工大学王志明研究员团队，通过利用聚集诱导发光（AIE）效应以及独特的金-金相互作用开发出了两个新颖的手性异构体 (R,R)-1和(S,S)-1 (图1)。在这两个体系中，他们选择了一个柔性的二苯-乙烷部分以实现独特的AIE性能，并引入了五氟苯基金末端以形成强的亲金相互作用，两者可以通过发光的形式给出信号去可视化力刺激下的固态分子运动。

图1. 化合物的分子结构。

相关的研究结果表明，在简单机械力的原位刺激下，粉末状态下随机取向的纳米级雏晶可以进行重排，组装成高度有序的微米级微晶（图2），这一现象是极其罕见的。此外，这一过程可以通过发出的磷光信号进行可视化。相关的研究结果表明，这一独特的无序到有序转变的过程是由于极强的金-金相互作用及多重氢键相互作用的形成所驱使的。

图2. 化合物(R,R)-1在力诱导下形貌的改变。

更引人注目的是，在晶体状态下，宏观上磷光由关到开的显著变化也可以通过晶体分子层内极其微妙的分子运动来实现。相关的研究结果表明，在晶相保持完全不变的情况下，整体分子排列无明显变化的情况下，通过分子层间微妙的滑动及更细微的压缩就可实现磷光的开到关切换，这一现象是更为少见的。并且为了向读者更好地呈现这一微妙的变化，研究者们通过肌肉运动的纤维滑动模型来进行了形象地类比（图3）。

图3. 力诱导固态分子运动和发光的机理。

因此，该研究很好地呈现了可以通过简单地操纵固态分子运动来实现无序到有序结构的高级构筑，并且表明分子运动的微妙改变可导致物质宏观形貌及光物理性质的显著变化。该研究工作将为固态分子运动的探索提供新的思路，并为研究人员有效利用固态分子运动进行有意义的工作提供更多的启发。

以上结果发表在Journal of the American Chemical Society 上。论文的第一作者为香港科技大学的张静博士，香港科技大学的何本钊博士和吴文杰为共同第一作者，通讯作者为香港科技大学唐本忠院士，华南理工大学王志明研究员为共同通讯作者。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c06305 

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