近日，我院魯燁副教授/楊仕平教授團(tuán)隊(duì)在機(jī)械互鎖分子的光學(xué)應(yīng)用研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Observation of Near-Infrared Photothermal and Photoacoustic Effects in a Metallosupramolecular Trefoil Knot”為題，發(fā)表于國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域頂尖期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。該研究首次在金屬超分子三葉結(jié)（trefoil knot）結(jié)構(gòu)中成功觀(guān)測(cè)到近紅外光聲效應(yīng)，為開(kāi)發(fā)新型生物光聲材料和拓展機(jī)械互鎖分子的應(yīng)用提供了全新的設(shè)計(jì)思路。

機(jī)械互鎖分子，如在紐結(jié)理論中作為最簡(jiǎn)非平凡紐結(jié)的三葉結(jié)，因其獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潛在應(yīng)用價(jià)值，在化學(xué)、物理及材料科學(xué)等領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，通過(guò)配位自組裝法合成的該類(lèi)金屬超分子結(jié)構(gòu)通常穩(wěn)定性較差，極大地限制了其后續(xù)的功能化與應(yīng)用研究。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，魯燁副教授/楊仕平教授團(tuán)隊(duì)利用咪唑基配體與半夾心結(jié)構(gòu)前驅(qū)體，通過(guò)高效的配位自組裝策略，成功合成了一種具有高穩(wěn)定性的金屬超分子三葉結(jié)化合物。該三葉結(jié)結(jié)構(gòu)不僅能在不同極性的溶劑中穩(wěn)定存在，且其結(jié)構(gòu)對(duì)溶液濃度變化也完全免疫，為深入研究其物理化學(xué)性質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

研究發(fā)現(xiàn)，得益于三葉結(jié)內(nèi)部的π-π堆積作用以及其金屬到配體電荷轉(zhuǎn)移（MLCT）躍遷，該分子在近紅外區(qū)表現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收能力。在730 nm激光照射下，其光熱轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá)73.5%，展現(xiàn)出卓越的光熱性能。

更為重要的是，該研究還深入揭示了此類(lèi)結(jié)構(gòu)的近紅外光聲效應(yīng)。通過(guò)單晶X射線(xiàn)衍射和核磁共振波譜的深入解析，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)三葉結(jié)分子內(nèi)部的聯(lián)苯基團(tuán)能夠發(fā)生動(dòng)態(tài)滑行。這種獨(dú)特的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)在不破壞分子整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，使分子自身產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)受到脈沖激光照射時(shí)，分子優(yōu)異的近紅外吸收能力與這種快速的內(nèi)部振動(dòng)相結(jié)合，能夠?qū)⒐饽芨咝мD(zhuǎn)化為超聲波信號(hào)，從而在水溶液中成功實(shí)現(xiàn)了近紅外光聲轉(zhuǎn)換。這一發(fā)現(xiàn)為機(jī)械互鎖分子在生物光聲成像等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路和參考。

我校魯燁副教授為該論文的第一作者和共同通訊作者，2023級(jí)碩士研究生李志潔為第二作者，楊仕平教授與德國(guó)明斯特大學(xué)F. Ekkehardt Hahn教授為共同通訊作者。上海師范大學(xué)為該論文的第一完成單位。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、上海師范大學(xué)、教育部資源化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、資源化學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、上海市仿生催化前沿科學(xué)研究基地以及上海綠色能源化工工程技術(shù)研究中心等項(xiàng)目和平臺(tái)的資金支持。

（供稿、圖片：化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院）