福建物构所刺激响应材料研究获进展

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福建物构所刺激响应材料研究获进展

2016.5.25

　　具有双重或多重刺激响应性能的材料可以经由多种不同机理对外界环境予以响应，因此设计合成此类“软材料”对未来智能技术的发展非常重要。目前已开发的双重或多重刺激响应材料主要是非晶态的有机聚合物，由于缺乏有效的研究手段，从而使它们的刺激响应机理难以明确。柔性金属有机框架化合物（FMOFs）不仅能够通过框架结构变化的方式可逆地对外界刺激产生响应，而且其响应机理能够通过X-射线单晶衍射方法得以可视化，从而为新型“智能材料”的设计合成提供有益的指导作用。

　　在科技部“973”计划、国家自然科学基金以及中国科学院青年创新促进会等基金的资助下，中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室洪茂椿课题组与袁大强课题组通过自主设计合成了一系列基于双核铜单元、具有双重刺激响应性能的FMOFs材料(FJI-H11-R, R = Me, Et, iPr），这些FMOFs材料能够可逆地对外界温度和溶剂分子等刺激产生不同程度的响应行为。研究结果表明，当温度从100 K升高到293 K的过程中，FJI-H11-R的晶体学c轴和晶胞体积表现出一种显著的正热膨胀行为。其中，FJI-H11-Me的c轴热膨胀系数高达653.2×10-6 K-1，是目前已报道的晶态材料中的最高值。此外，在失溶剂过程中，FJI-H11-Et的c轴发生了32.4%的收缩。当应对不同溶剂的蒸汽刺激时，收缩后的FJI-H11-R可以膨胀复原。其中，应对DEF刺激时，FJI-H11-Et的c轴膨胀系数高达70.8%，这在固态材料特别是单晶材料中是非常罕见的。更为重要的是，可以通过X-射线单晶衍射技术对上述外界刺激的响应过程的中间态进行可视化的捕获。通过对上述刺激响应过程中间态单晶结构的分析表明，FJI-H11-R主要是通过配体的旋转和扭曲诱导结构的变化，从而对外界的刺激予以响应。上述研究成果在线发表在《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201603030），该工作将对“智能材料”的设计合成起到很好的指导作用。