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 編織是最古老的傳統(tǒng)手工藝之一，是紡織生產(chǎn)領(lǐng)域中一項特別重要的技術(shù)，幾個世紀(jì)以來，被廣泛應(yīng)用于人類的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)。在工藝上，常見的編織技法有編織、纏扣、包纏、釘串、盤結(jié)等。通過運用這些編織技法，結(jié)合豐富的編織資源，可以生產(chǎn)出各式各樣、豐富多彩、功能多樣的產(chǎn)品。在化學(xué)上，模仿這種工藝，通過分子編織有望開發(fā)具有特殊性能的新材料。分子編織的技法多種多樣，可以使用的原材料種類繁多，使得分子編織產(chǎn)物具有無限可能，因此，通過分子編織設(shè)計獨特化學(xué)結(jié)構(gòu)的材料將是化學(xué)領(lǐng)域的一大重要創(chuàng)新。但是，目前可用于分子編織的原材料和分子編織方式仍然匱乏，在分子水平上進(jìn)行可控編織仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

      近日，中山大學(xué)的池振國教授團隊及其合作者采用獨特的編織技法，首次報道了一種由一維帶孔長鏈交織而成的動態(tài)二維（2D）編織氫鍵有機框架（HOF）。他們首先合成四苯酚基取代的四苯基乙烯（TPE）衍生物TPE-4PhOH，并把它作為編織的原材料。隨后，通過結(jié)晶處理，成功構(gòu)建了一個編織的HOF（命名為2D-90）。TPE-4PhOH分子呈現(xiàn)出幾何上定義良好的X形結(jié)構(gòu)，酚基附著在TPE核心的外圍。當(dāng)每個X形TPE-4PhOH與兩個相鄰分子相互作用，形成四對分子間O-H···O氫鍵時，TPE-4PhOH組裝為一維長鏈，即編織材料的經(jīng)線或緯線，長鏈上帶有具有規(guī)則間隔的菱形孔。當(dāng)不同方向例如垂直方向長鏈上的有機分子插入這些菱形孔中，進(jìn)而展現(xiàn)出由一維長鏈構(gòu)造的互鎖模式。在單晶結(jié)構(gòu)的c軸上可以觀察到雙軸的編織結(jié)構(gòu)，經(jīng)緯線夾角為90.0°。同時，在單晶結(jié)構(gòu)的a軸和b軸上可以觀察到非常規(guī)整的層狀結(jié)構(gòu)，表明這是一個二維編織結(jié)構(gòu)。此外，研究者還利用TEM、HRTEM、cryo-EM、AFM和理論模擬等多種手段對其單晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入而全面的研究。

       重要的是，該編織HOF具有優(yōu)異的動態(tài)行為和力學(xué)性能，包括對各種蒸氣的可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以及大尺度的彈性轉(zhuǎn)換和刺激響應(yīng)發(fā)光行為。例如，在不同溶劑刺激下，該編織HOF（2D-90）可以表現(xiàn)出可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，其經(jīng)線與緯線之間的夾角可以在不同角度間來回切換，并且該編織HOF表現(xiàn)出對醇類蒸氣具有特殊的響應(yīng)。

     該研究成果發(fā)表在Cell Press（細(xì)胞出版社）旗下期刊Chem上，題目為“Dynamic Molecular Weaving in a Two-Dimensional Hydrogen-Bonded Organic Framework”。池振國教授課題組的博士生黃秋憶和李文朗是該論文的共同第一作者，趙娟、龔力、池振國為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金，廣東省科技計劃和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費等項目的資助。

論文鏈接：https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(21)00097-8