萬事萬物都是在運動中的，自然界中的各種生命體是通過分子運動，從環(huán)境中獲取能量，從混沌中去構建高度有序的復雜結構從而去實現(xiàn)各種各樣的功能。正是由于分子運動如此重要，科學家們也投入了巨大的精力去探索分子運動，利用分子運動。然而，在固態(tài)條件下，分子間存在較強的相互作用，分子遷移率較低，使得固態(tài)下分子運動的調(diào)控是及其困難的。因此如何利用固態(tài)分子運動去實現(xiàn)如生命體類似的從無序到有序的高級構筑也是科學家們一直面臨的一個極大的挑戰(zhàn)。研究者們已經(jīng)試圖通過利用光、熱、電、磁場或力等各類外界刺激去實現(xiàn)這一點。其中，機械力是非常簡單的且易于操作的，因而也成為研究者們用于調(diào)控固態(tài)分子運動的首選方法之一。
近日，香港科技大學唐本忠院士團隊聯(lián)合華南理工大學王志明研究員團隊，通過利用聚集誘導發(fā)光（AIE）效應以及獨特的金-金相互作用開發(fā)出了兩個新穎的手性異構體 (R,R)-1和(S,S)-1 (圖1)。在這兩個體系中，他們選擇了一個柔性的二苯-乙烷部分以實現(xiàn)獨特的AIE性能，并引入了五氟苯基金末端以形成強的親金相互作用，兩者可以通過發(fā)光的形式給出信號去可視化力刺激下的固態(tài)分子運動。
圖1. 化合物的分子結構。
相關的研究結果表明，在簡單機械力的原位刺激下，粉末狀態(tài)下隨機取向的納米級雛晶可以進行重排，組裝成高度有序的微米級微晶（圖2），這一現(xiàn)象是極其罕見的。此外，這一過程可以通過發(fā)出的磷光信號進行可視化。相關的研究結果表明，這一獨特的無序到有序轉變的過程是由于極強的金-金相互作用及多重氫鍵相互作用的形成所驅使的。
圖2. 化合物(R,R)-1在力誘導下形貌的改變。
更引人注目的是，在晶體狀態(tài)下，宏觀上磷光由關到開的顯著變化也可以通過晶體分子層內(nèi)極其微妙的分子運動來實現(xiàn)。相關的研究結果表明，在晶相保持完全不變的情況下，整體分子排列無明顯變化的情況下，通過分子層間微妙的滑動及更細微的壓縮就可實現(xiàn)磷光的開到關切換，這一現(xiàn)象是更為少見的。并且為了向讀者更好地呈現(xiàn)這一微妙的變化，研究者們通過肌肉運動的纖維滑動模型來進行了形象地類比（圖3）。
圖3. 力誘導固態(tài)分子運動和發(fā)光的機理。
因此，該研究很好地呈現(xiàn)了可以通過簡單地操縱固態(tài)分子運動來實現(xiàn)無序到有序結構的高級構筑，并且表明分子運動的微妙改變可導致物質宏觀形貌及光物理性質的顯著變化。該研究工作將為固態(tài)分子運動的探索提供新的思路，并為研究人員有效利用固態(tài)分子運動進行有意義的工作提供更多的啟發(fā)。
以上結果發(fā)表在Journal of the American Chemical Society 上。論文的第一作者為香港科技大學的張靜博士，香港科技大學的何本釗博士和吳文杰為共同第一作者，通訊作者為香港科技大學唐本忠院士，華南理工大學王志明研究員為共同通訊作者。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c06305
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