光机械响应分子晶体可以通过光化学反应直接将光能转换为各种机械形变和运动，是构筑未来动态光智能响应设备的重要基础材料之一。其中，合理设计分子结构和晶体形貌，从而实现新颖且具有潜在应用价值的光机械响应行为一直是该领域的重点之一。近日，我校化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心曲大辉教授和童非特聘研究员在该领域取得重要进展，相关研究成果以封面形式发表在《美国化学会志》上。
光机械响应行为中，分子晶体的定向膨胀（如伸长、变宽、变厚等）是产生有效机械功最直接的方式之一。然而，由于分子间相互作用力的存在以及传统固态光化学反应转化率低等问题的限制，光响应分子晶体的显著定向膨胀一直未能很好实现。近日，基于萘环骨架和丁二烯结构，我校研究人员合成了一种新的光响应化合物，并通过表面活性剂介导的晶种生长法，成功制备了具有内部中空结构的新型微米分子晶体。这些晶体在可见光照下表现出强烈的光机械运动，包括弯曲和显著的定向伸长。经统计，晶体的平均伸长率约为37.0%(±3.8%)，最高伸长可达到原始晶体长度的143.1%。晶体的这种独特伸长行为主要由光化学过程中二聚产物分子的重排和晶体结构变化导致。同时，反应物和产物分子间的巨大结构差异以及近100%的高产物转化率也促进了晶体优异的光机械响应行为。由于内部具有特殊的密闭空腔结构，这些微米晶体可进一步用于长时间存储功能性液体。研究发现，在晶体空腔中存放近一个月之久的水溶性染料仍具有较强的发光特性。经光照，空腔中的染料也可以获得释放，实现无接触操控，同时可以通过调节光照的强弱对释放染料的速率进行调控。该项研究成果为合理设计分子结构与创制新的晶体形貌，从而进一步实现其潜在功能提供了一种新的思路和方法。
该工作由我校博士研究生徐天奕完成，通讯作者为曲大辉教授和童非特聘研究员，并得到了田禾院士的悉心指导。此外，该研究工作还得到了国家自然科学基金、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、上海市科技重大专项、上海科学技术委员会、上海市扬帆计划、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心等经费支持。
相关论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12485
