【超分子】手性芳香笼构筑的多孔π-堆积超分子弹簧骨架及其压致发光变色性能- 大数跨境

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2024-02-19

导读：东北师范大学孙春义教授和王新龙教授课题组以手性芳香型分子笼为基本构建单元，合成了第一个具有弹簧结构的分级多孔笼基π-堆积超分子骨架（Cage-πOF-1），并与吉林大学邹勃教授合作，研究了其在超高压力

压致变色材料在机械传感器、防伪和存储设备中具有广泛的应用前景，引起了人们极大的研究兴趣。由于其高度可调的发光性能，结晶多孔材料（CPMs）在压致变色方面得到了广泛的研究。然而，具有宽压力范围的可逆和高对比度发射响应仍然具有挑战性。近日，东北师范大学孙春义教授和王新龙教授课题组以手性芳香型分子笼为基本构建单元，合成了第一个具有弹簧结构的分级多孔笼基π-堆积超分子骨架（Cage-πOF-1），并与吉林大学邹勃教授合作，研究了其在超高压力下的光致发光变色行为。

图1. Cage-πOF-1的合成、结构展示与超分子组装。

研究显示，Cage-πOF-1晶胞内的每个胶囊状分子笼通过三个萘基片段中的苯环与周围的三个分子笼通过分子间π-π相互作用连接，最终形成三维多孔超分子骨架结构。整个超分子骨架完全依赖于π-π堆积作用，因此被归类为π-堆积超分子骨架（πOFs）。值得注意的是，它代表了首例基于笼状分子的πOFs。

图2. Cage-πOF-1在高压下的光致发光性能。

Cage-πOF-1基于体积模量（9.5 GPa）评估的弹性性能比大多数报道的CPMs更软，并且塌陷点（20.0 GPa）显著超过以往报道的CPMs。作为智能材料，Cage-πOF-1显示出与压力线性相关的发射行为，并实现了高达154 nm的高对比度发射差。压力响应极限高达16 GPa，优于迄今为止报道的大多数CPMs。对照组实验包括非静水压条件和外消旋芳香分子笼构筑的无孔超分子骨架在静水压下的实验，以及密度泛函理论（DFT）计算表明，π-π相互作用主导了可控的结构收缩，多孔弹簧结构介导的弹性是其具有绝佳压致荧光变色性的关键因素。

图3. 通过DFT计算模拟的Cage-πOF-1在不同收缩情况下的结构变化。

该工作近日发表于Angewandte Chemie International Edition，第一作者为吉林大学博士后崔冬旭与白福全教授，通讯作者为东北师范大学孙春义教授和王新龙教授，以及吉林大学邹勃教授。该工作得到了国家自然科学基金，吉林省科技厅基金以及中央高校优秀青年团队基本科研业务费专项的资助。

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