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【DFT+實驗】手性芳香籠構筑的多孔π-堆積超分子彈簧骨架及其壓致發光變色性能

【DFT+實驗】手性芳香籠構筑的多孔π-堆積超分子彈簧骨架及其壓致發光變色性能

1、背景介紹

壓致變色材料在機械傳感器、防偽和存儲設備中具有廣泛的應用前景,引起了人們極大的研究興趣。由于其高度可調的發光性能,結晶多孔材料(CPMs)在壓致變色方面得到了廣泛的研究。然而,具有寬壓力范圍的可逆和高對比度發射響應仍然具有挑戰性。近日,東北師范大學孫春義教授王新龍教授課題組以手性芳香型分子籠為基本構建單元,合成了第一個具有彈簧結構的分級多孔籠基π-堆積超分子骨架(Cage-πOF-1),并與吉林大學鄒勃教授合作,研究了其在超高壓力下的光致發光變色行為

2、圖文導讀

【DFT+實驗】手性芳香籠構筑的多孔π-堆積超分子彈簧骨架及其壓致發光變色性能

圖1.?Cage-πOF-1的合成、結構展示與超分子組裝。

研究顯示,Cage-πOF-1晶胞內的每個膠囊狀分子籠通過三個萘基片段中的苯環與周圍的三個分子籠通過分子間π-π相互作用連接,最終形成三維多孔超分子骨架結構。整個超分子骨架完全依賴于π-π堆積作用,因此被歸類為π-堆積超分子骨架(πOFs)。值得注意的是,它代表了首例基于籠狀分子的πOFs。

【DFT+實驗】手性芳香籠構筑的多孔π-堆積超分子彈簧骨架及其壓致發光變色性能

圖2.?Cage-πOF-1在高壓下的光致發光性能

Cage-πOF-1基于體積模量(9.5 GPa)評估的彈性性能比大多數報道的CPMs更軟,并且塌陷點(20.0 GPa)顯著超過以往報道的CPMs。作為智能材料,Cage-πOF-1顯示出與壓力線性相關的發射行為,并實現了高達154 nm的高對比度發射差。壓力響應極限高達16 GPa,優于迄今為止報道的大多數CPMs。對照組實驗包括非靜水壓條件和外消旋芳香分子籠構筑的無孔超分子骨架在靜水壓下的實驗,以及密度泛函理論(DFT)計算表明,π-π相互作用主導了可控的結構收縮,多孔彈簧結構介導的彈性是其具有絕佳壓致熒光變色性的關鍵因素

【DFT+實驗】手性芳香籠構筑的多孔π-堆積超分子彈簧骨架及其壓致發光變色性能

圖3.?通過DFT計算模擬的Cage-πOF-1在不同收縮情況下的結構變化

該工作近日發表于Angewandte Chemie International Edition,第一作者為吉林大學博士后崔冬旭白福全教授,通訊作者為東北師范大學孫春義教授和王新龍教授,以及吉林大學鄒勃教授。該工作得到了國家自然科學基金,吉林省科技廳基金以及中央高校優秀青年團隊基本科研業務費專項的資助。

3、作者簡介:

孫春義,教授,博士生導師,獲吉林省優秀青年人才項目、吉林省青年人才托舉工程項目,主要從事金屬氧簇多孔材料的設計、合成及光電催化等領域的應用研究。以第一/通訊作者在Angew. Chem.,Nat. Commun.Adv. Mater.,Adv. Funct. Mater.,ACS Cata.,Chem. Sci.,等國際著名雜志發表SCI研究論文80余篇,累計他引3300余次,ESI高被引論文3篇。
王新龍,東北師范大學化學學院,教授,博士生導師。從事多酸化學和配位化學研究。2013-2014留學美國新澤西州立羅格斯大學訪問。主持國家自然科學基金優秀青年基金、面上項目、青年基金,教育部新世紀人才基金,吉林省長白山學者特聘教授基金,吉林省杰出青年基金,教育部博士點基金,教育部優秀博士學位論文基金等。參加國家科技部973項目,教育部長江學者和創新團隊計劃項目等。

文章信息
D. Cui, F. Bai, L. Zhang, W. Li, Y. Zhang, K. Wang, M. Wu, C. Sun, H. Zang, B. Zou, X. Wang, Z. Su,?Angew. Chem. Int. Ed.?2024, e202319815.
https://doi.org/10.1002/anie.202319815

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