超分子阿基米德多面体构筑有了新途径

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天津大学理学院胡文平、王雨、吴煌教授与诺贝尔化学奖得主詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特团队合作，成功开发了一种新型光电小分子手性组装方法，并以此构建出超分子扭棱立方体，在光电功能手性阿基米德多面体研究领域取得重大突破。相关研究成果已发表在《自然》杂志上。

阿基米德多面体，这13种由古希腊数学家阿基米德提出的复杂结构多面体，长期以来一直是数学、化学和材料科学领域的热门研究对象。对阿基米德多面体的研究，有望为新材料、生物医药和化工等领域带来革命性的进展。例如，许多球形病毒衣壳和铁蛋白就展现出类似阿基米德多面体的拓扑结构。因此，合成超分子扭棱立方体对于理解球形生物大分子在生物系统中的形成和功能至关重要。

扭棱立方体，作为13种阿基米德多面体中的一种，具有独特的拓扑手性。这种拓扑手性使其结构与其镜像在三维空间中无法重合，如同人的左右手一样。因此，实现扭棱立方体的立体定向合成一直是化学家和材料学家的研究目标。

该联合研究团队利用光电功能分子，设计并合成了“8”字形螺旋大环，并通过144个弱氢键实现了超分子扭棱立方体的定向组装。胡文平教授指出，该研究成功实现了左手性和右手性扭棱立方体的选择性构建。其多孔结构使其能够同时容纳多种不同的有机分子，并在内部空腔和外部“口袋”中选择性地装载不同的客体分子。

此外，该扭棱立方体还展现出优异的光电性能，能够在光照下发生可逆的颜色变化。研究人员可以利用光照来调节其弹性和硬度，为开发具有可调机械性能的先进光电功能材料奠定了基础。这项研究不仅为构建具有拓扑手性的人工多面体提供了新的组装途径，也为开发具有丰富封装性能的智能人工多面体开辟了新方向。 更重要的是，该研究在模拟生物封装材料方面取得了重要进展，为设计先进的光电功能晶态材料提供了新的思路。

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 2025-01-21