池振國、 張藝教授研究團隊在二維HOF的動态分子編織方面取得重要進展

編織是最古老的傳統手工藝之一，是紡織生産領域中一項特别重要的技術，幾個世紀以來，被廣泛應用于人類的日常生活和工業生産。在工藝上，常見的編織技法有編織、纏扣、包纏、釘串、盤結等。通過運用這些編織技法，結合豐富的編織資源，可以生産出各式各樣、豐富多彩、功能多樣的産品。在化學上，模仿這種工藝，通過分子編織有望開發具有特殊性能的新材料。分子編織的技法多種多樣，可以使用的原材料種類繁多，使得分子編織産物具有無限可能，因此，通過分子編織設計獨特化學結構的材料将是化學領域的一大重要創新。但是，目前可用于分子編織的原材料和分子編織方式仍然匮乏，在分子水平上進行可控編織仍然是一個巨大的挑戰。

   2021年，池振國教授研究團隊及其合作者采用獨特的編織技法，首次報道了一種由一維帶孔長鍊交織而成的動态二維（2D）編織氫鍵有機框架（HOF）。他們首先合成四苯酚基取代的四苯基乙烯（TPE）衍生物TPE-4PhOH，并把它作為編織的原材料。随後，通過結晶處理，成功構建了一個編織的HOF（命名為2D-90）。TPE-4PhOH分子呈現出幾何上定義良好的X形結構，酚基附着在TPE核心的外圍。當每個X形TPE-4PhOH與兩個相鄰分子相互作用，形成四對分子間O-H···O氫鍵時，TPE-4PhOH組裝為一維長鍊，即編織材料的經線或緯線，長鍊上帶有具有規則間隔的菱形孔。當不同方向例如垂直方向長鍊上的有機分子插入這些菱形孔中，進而展現出由一維長鍊構造的互鎖模式。在單晶結構的c軸上可以觀察到雙軸的編織結構，經緯線夾角為90.0°。同時，在單晶結構的a軸和b軸上可以觀察到非常規整的層狀結構，表明這是一個二維編織結構。此外，研究者還利用TEM、HRTEM、cryo-EM、AFM和理論模拟等多種手段對其單晶結構進行了深入而全面的研究。

重要的是，該編織HOF具有優異的動态行為和力學性能，包括對各種蒸氣的可逆結構轉變，以及大尺度的彈性轉換和刺激響應發光行為。例如，在不同溶劑刺激下，該編織HOF（2D-90）可以表現出可逆的結構轉變，其經線與緯線之間的夾角可以在不同角度間來回切換，并且該編織HOF表現出對醇類蒸氣具有特殊的響應。

該研究成果發表在Cell Press（細胞出版社）旗下期刊Chem, 2021, 7, 1321-1332（Qiuyi Huang, Wenlang Li, Zhu Mao, Hao Zhang, Yang Li, Dongyu Ma, Huiyan Wu, Juan Zhao*, Zhiyong Yang, Yi Zhang, Li Gong*, Matthew P. Aldred, Zhenguo Chi*）。本文的共同第一作者是博士生黃秋憶和李文朗。

 論文鍊接：https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(21)00097-8。

該工作得到了國家自然科學基金，廣東省科技計劃和中央高校基本科研業務費等項目的資助。