福建物構(gòu)所刺激響應材料研究獲進展

　　具有雙重或多重刺激響應性能的材料可以經(jīng)由多種不同機理對外界環(huán)境予以響應，因此設(shè)計合成此類“軟材料”對未來智能技術(shù)的發(fā)展非常重要。目前已開發(fā)的雙重或多重刺激響應材料主要是非晶態(tài)的有機聚合物，由于缺乏有效的研究手段，從而使它們的刺激響應機理難以明確。柔性金屬有機框架化合物（FMOFs）不僅能夠通過框架結(jié)構(gòu)變化的方式可逆地對外界刺激產(chǎn)生響應，而且其響應機理能夠通過X-射線單晶衍射方法得以可視化，從而為新型“智能材料”的設(shè)計合成提供有益的指導作用。

　　在科技部“973”計劃、國家自然科學基金以及中國科學院青年創(chuàng)新促進會等基金的資助下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學國家重點實驗室洪茂椿課題組與袁大強課題組通過自主設(shè)計合成了一系列基于雙核銅單元、具有雙重刺激響應性能的FMOFs材料(FJI-H11-R, R = Me, Et, iPr），這些FMOFs材料能夠可逆地對外界溫度和溶劑分子等刺激產(chǎn)生不同程度的響應行為。研究結(jié)果表明，當溫度從100 K升高到293 K的過程中，F(xiàn)JI-H11-R的晶體學c軸和晶胞體積表現(xiàn)出一種顯著的正熱膨脹行為。其中，F(xiàn)JI-H11-Me的c軸熱膨脹系數(shù)高達653.2×10-6 K-1，是目前已報道的晶態(tài)材料中的最高值。此外，在失溶劑過程中，F(xiàn)JI-H11-Et的c軸發(fā)生了32.4%的收縮。當應對不同溶劑的蒸汽刺激時，收縮后的FJI-H11-R可以膨脹復原。其中，應對DEF刺激時，F(xiàn)JI-H11-Et的c軸膨脹系數(shù)高達70.8%，這在固態(tài)材料特別是單晶材料中是非常罕見的。更為重要的是，可以通過X-射線單晶衍射技術(shù)對上述外界刺激的響應過程的中間態(tài)進行可視化的捕獲。通過對上述刺激響應過程中間態(tài)單晶結(jié)構(gòu)的分析表明，F(xiàn)JI-H11-R主要是通過配體的旋轉(zhuǎn)和扭曲誘導結(jié)構(gòu)的變化，從而對外界的刺激予以響應。上述研究成果在線發(fā)表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201603030），該工作將對“智能材料”的設(shè)計合成起到很好的指導作用。