記者1月13日從天津大學獲悉，該校理學院教授胡文平、王雨、吳煌與諾貝爾化學獎獲得者詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特團隊聯(lián)手開辟了光電小分子手性組裝新途徑，構筑了超分子扭棱立方體，在光電功能的手性阿基米德多面體構筑上取得突破。相關論文發(fā)表于《自然》。
2000多年前，古希臘數(shù)學家阿基米德提出了13種以結構復雜著稱的阿基米德多面體。長期以來，阿基米德多面體備受數(shù)學家、化學家、材料學家關注。這一領域的相關研究可對新材料、生物醫(yī)藥、化學化工等領域產(chǎn)生深遠影響。比如，許多球形病毒衣殼和鐵蛋白展現(xiàn)出類似阿基米德多面體的拓撲結構。如果能設計并合成超分子扭棱立方體，將為理解球形生物大分子在生物系統(tǒng)中的形成與功能執(zhí)行提供重要途徑。
在13種阿基米德多面體中，扭棱立方體具有拓撲手性。拓撲手性描述的是一種分子或物體的結構特性，這種特性使它們與其鏡像在三維空間中無法直接重合，就像人們的左右手一樣，各有各的形狀，各有各的“個性”。實現(xiàn)扭棱立方體的立體特異性構筑一直是化學家和材料學家追求的目標。
聯(lián)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(huán)，并通過螺旋大環(huán)之間的144個弱氫鍵實現(xiàn)了超分子扭棱立方體的定向組裝。胡文平介紹，該研究實現(xiàn)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。
該扭棱立方體還表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能，能在光照下發(fā)生可逆的顏色變化。研究人員可以用光照來調節(jié)其彈性和硬度，為開發(fā)機械性能可調的先進光電功能材料奠定基礎。這項研究還為構筑具有拓撲手性的人工多面體提供了全新組裝途徑，為開發(fā)具有豐富包裹性能的智能人工多面體提供了新方向。此外，在模擬生物封裝材料這一方向，該研究也邁出重要一步，為設計先進的光電功能晶態(tài)材料提供了新思路。（記者陳曦 通訊員趙暉）
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