福建物構(gòu)所刺激響應(yīng)材料研究獲進(jìn)展

　　具有雙重或多重刺激響應(yīng)性能的材料可以經(jīng)由多種不同機(jī)理對(duì)外界環(huán)境予以響應(yīng)，因此設(shè)計(jì)合成此類“軟材料”對(duì)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(yīng)材料主要是非晶態(tài)的有機(jī)聚合物，由于缺乏有效的研究手段，從而使它們的刺激響應(yīng)機(jī)理難以明確。柔性金屬有機(jī)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(duì)外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)，而且其響應(yīng)機(jī)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(jì)合成提供有益的指導(dǎo)作用。

　　在科技部“973”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)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(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室洪茂椿課題組與袁大強(qiáng)課題組通過自主設(shè)計(jì)合成了一系列基于雙核銅單元、具有雙重刺激響應(yīng)性能的FMOFs材料(FJI-H11-R, R = Me, Et, iPr），這些FMOFs材料能夠可逆地對(duì)外界溫度和溶劑分子等刺激產(chǎn)生不同程度的響應(yīng)行為。研究結(jié)果表明，當(dāng)溫度從100 K升高到293 K的過程中，F(xiàn)JI-H11-R的晶體學(xué)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(dá)653.2×10-6 K-1，是目前已報(bào)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(dāng)應(yīng)對(duì)不同溶劑的蒸汽刺激時(shí)，收縮后的FJI-H11-R可以膨脹復(fù)原。其中，應(yīng)對(duì)DEF刺激時(shí)，F(xiàn)JI-H11-Et的c軸膨脹系數(shù)高達(dá)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(duì)上述外界刺激的響應(yīng)過程的中間態(tài)進(jìn)行可視化的捕獲。通過對(duì)上述刺激響應(yīng)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(dǎo)結(jié)構(gòu)的變化，從而對(duì)外界的刺激予以響應(yīng)。上述研究成果在線發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201603030），該工作將對(duì)“智能材料”的設(shè)計(jì)合成起到很好的指導(dǎo)作用。