Angew. Chem. :三重互锁[2]索烃的设计合成及其光热致动性能

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三重互锁[2]索烃是由两个独立的三棱柱通过功能穿插形成的精美三维拓扑结构。该结构具有一定的复杂性且种类和数量非常少。构筑新颖的三重互锁[2]索烃并开发其功能是一个重大的挑战。研究表明,配位超分子索烃在光热转换方面展现了明显的优势,半夹心基三重互锁[2]索烃的结构特点和堆积优势恰好适用于光热转换和光热响应性能探究。


近日,洛阳师范学院党理龙副教授、马录芳教授课题组设计合成含多个甲氧基共轭中心的三齿吡啶配体,选择尺寸合适的边臂单元,一步法合成了六个三重互锁[2]索烃。具有优异光热转换性能的化合物6a被用于制备与液晶弹性体相结合的新型光响应弹性体。该材料对近红外激光表现出强大形状改变和可逆驱动能力。

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图1. 六个三重互锁[2]索烃和八个金属单笼的自组装和结构转化。

单晶X-射线衍射分析显示,在互锁超分子笼中,构建单元中每个金属离子与配体L1的一个吡啶氮原子配位。因此,三个构建单元支撑着两个L1配体保持共平面排列形成一个六核金属单笼。两个金属单笼互锁形成稳定的十二核结构。配体L1的中心苯基单元之间的平行距离分别为3.53 Å和3.54 Å,显示出明确的π···π堆积作用,这归因于L1中甲氧基具有良好的供电子特性。

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图2. 三重互锁[2]索烃1a和5a的分子结构。

鉴于三重互锁[2]索烃6a优异的光热转换性能,将6a与液晶单体材料混合,通过点击化学反应,制备了6a-液晶弹性体复合材料,该索烃填料的引入赋予了液晶弹性体光热远程驱动、控制能力。通过系列的表征证明6a-LCE的合成、较好的光热驱动能力以及良好的致动循环稳定性。

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图3. 液晶弹性体和三重互锁[2]索烃6a-LCE纳米复合材料的基础表征

作者设计了能够模仿人类手臂的仿生手臂装置,在近红外激光器的控制下,该装置能够实现较自身重量350倍的重物提拉。利用金属-有机索烃良好的光热转换能力和液晶弹性体相对较低的传热效率赋予复合材料的局部控制能力。利用该特性作者设计了爬行机器人,它能够在近红外激光的精确控制下实现爬行机器人的局部收缩和舒张,从而模仿蠕虫实现爬行。

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图4. 6a-LCE光热驱动实验

综上,所制备的复合材料6a-LCE对近红外激光具有较强的响应能力和良好的可逆驱动的能力,为具有光热转换能力的半夹心基材料在智能设备中的应用开辟了一条新道路。

文信息

Triply Interlocked [2]catenanes: Rational Synthesis, Reversible Conversion Studies and Unprecedented Application in Photothermal Responsive Elastomer

Li-Long Dang, Jie Zheng, Ju-Zhong Zhang, Tian Chen, Yin-Hang Chai, Hong-Ru Fu, Francisco Aznarez, Shui-Ren Liu, Prof. Dong-Sheng Li, Prof. Lu-Fang Ma

文章的第一作者是洛阳师范学院党理龙副教授和三峡大学硕士研究生郑杰同学。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202406552


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