1月9日，記者從天津大學獲悉，該校理學院教授胡文平、王雨、吳煌與諾貝爾獎得主詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特教授團隊聯手開辟了光電小分子手性組裝新途徑，在光電功能的手性阿基米德多面體的構筑上取得突破。研究成果發表在國際學術期刊《自然》上。
據介紹，2000多年前，古希臘數學家阿基米德提出了13種阿基米德多面體，以結構復雜而著稱。阿基米德多面體一直備受數學家、化學家、材料學家所關注，此類基礎性前沿研究可以對新材料、生物醫藥、化學化工等領域產生深遠的影響。比如，許多球形病毒衣殼和鐵蛋白展現出類似阿基米德多面體的拓撲結構。設計并合成超分子扭棱立方體，為理解球形生物大分子在生物系統中的形成與功能執行提供了重要途徑。
在這13種多面體中，扭棱立方體是兩個具有拓撲手性的阿基米德多面體中的一個，實現其立體特異性構筑一直是化學家和材料學家追求的研究目標。
聯合研究團隊基于光電功能分子設計并合成了“8”字形的螺旋大環，并通過螺旋大環之間的144個重弱氫鍵實現了超分子扭棱立方體的定向組裝。胡文平表示，該研究實現了左手扭棱立方體和右手扭棱立方體的選擇性構筑。由于其獨特的多孔結構，該扭棱立方體能夠同時裝載多個不同的有機客體分子，還能在立方體的內部空腔和外部“口袋”中選擇性地裝載不同的客體分子。
此外，該扭棱立方體還表現出優異的光電性能，不僅能在光照下發生可逆的顏色變化，還可以用光照來調節其彈性和硬度，這為開發機械性能可調的先進光電功能材料奠定了基礎。這項研究還為構筑拓撲手性的人工多面體提供了全新的組裝途徑，為開發具有豐富包裹性能的智能人工多面體提供了深刻的見解。在模擬生物封裝材料這一方向，該項研究也邁出重要一步，為設計先進的光電功能晶態材料提供了新思路。
（天津大學供圖）
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