北師大通過合適共晶組裝單元構築氫鍵分子晶體設計可控光子材料

2020-09-26 小材科研

光碟機動機械智能響應材料因其在分子機器，人造肌肉和仿生學的潛在應用引起研究者的廣泛關注。然而，如何基於同一分子實現可控的光碟機動晶體宏觀運動仍面臨很大的挑戰。近期，化學學院閆東鵬教授研究組通過氫鍵共晶組裝方法，選擇同一主體分子4-（1-萘乙烯）吡啶，設計製備出兩種同構的氫鍵分子共晶材料，並對它們各自表現出的宏觀動態光機械響應和靜態光子學特徵進行深入研究。

圖1. 4-（1-萘乙烯）吡啶分別與兩種共組裝單元 2,3,5,6-四氟苯甲酸，2,3,5,6-四氟-4-羥基苯甲酸形成的分子共晶以及表現出的不同光刺激響應行為。

在紫外光照射下，4-（1-萘乙烯）吡啶和2,3,5,6-四氟苯甲酸形成的共晶表現出快速的宏觀跳躍及運動的行為，光照時間和晶體尺寸影響光敏反應的快慢；而對於4-（1-萘乙烯）吡啶和2,3,5,6-四氟-4-羥基苯甲酸共晶，光照後晶體依然完好無損，發射波長及強度並未改變。在365nm 雷射照射下呈現明顯的偏振各向異性以及光波導效應。北京師範大學閆東鵬老師團隊對兩種同構型的晶體表現出截然不同的光學特徵進行了晶體結構研究發現，4-（1-萘乙烯）吡啶和2,3,5,6-四氟苯甲酸共晶因為光照過程中促使4-（1-萘乙烯）吡啶發生[2+2]環加成反應，而4-（1-萘乙烯）吡啶和2,3,5,6-四氟-4-羥基苯甲酸結構中，強O‒H…O氫鍵牢牢限制和鎖住4-（1-萘乙烯）吡啶分子運動，此外，後者共晶裡的氫鍵佔15.3% 明顯高於前者（11.4%）。因此，通過選擇合適共晶組裝單元構築氫鍵分子晶體為今後設計可控的光機械和光子材料提供一種有效的方法，也為開發出更多的光制動器和光子能量轉換晶態材料打開新思路。

圖2. （4-（1-萘乙烯）吡啶）與2,3,5,6-四氟-4-羥基苯甲酸共晶和（4-（1-萘乙烯）吡啶）和2,3,5,6-四氟-苯甲酸共晶不同的氫鍵作用力。

這一工作近期發表在Angewandte Chemie International Edition上，研究得到了得到國家自然科學基金，教育部霍英東青年教師基金，英國皇家學會牛頓高級學者基金，北京市科技新星計劃等課題資助，文章的通訊作者為閆東鵬教授，第一作者是化學學院博士生李樹珍，博士生路博和方曉雨參與了該項工作。

來源：北京師範大學

文章連結：

https://doi.org/10.1002/anie.202009714

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