【儀表網 研發快訊】 近期，南京大學陸輕銥教授&高峰教授課題組與中國科學院合肥物質院強磁場中心、中國科大合作，依托穩態強磁場實驗裝置(SHMFF)，發現一種晶體結構中微妙的競爭和協作關系，在螺旋和解旋產物晶體結構之間建立了微妙的能量平衡，首次實現了納米線與納米螺旋之間的多重可逆變化(圖1)。研究成果在線發表在Nature Communications上。
納米螺旋的可逆變化是自然界、生命過程中最精致和最重要的現象之一。然而，納米材料扭轉形成螺旋晶體通常比較困難。目前已報道的納米螺旋生成的驅動力通常是不可逆的，其反向過程(解旋)難以實現，納米螺旋經解旋后再重新螺旋則更加困難。因此，化學反應的兩個穩定晶態產物之間的多重可逆扭轉變化是超低概率事件，需要在它們之間建立非常微妙的能量平衡。長期以來，這種納米螺旋的可逆變化一直被認為難以獲得。
本項研究中，電子順磁共振(ESR,包括高場ESR)(圖2)證明納米螺旋中Co(II)配位環境的變化以及對稱性的降低。固體核磁共振譜和太赫茲譜表明π-π相互作用是螺旋生長中的關鍵作用力。研究人員結合理論計算和各種驗證實驗，推測出螺旋機制來源于縮合反應和π-π堆積過程之間的競爭作用(圖3)，這種獨特的競爭生長機制以及生長方式的微觀可調性，是構建細致可調的能量平衡體系、實現螺旋可逆變化的關鍵。針對性地設計改變分子間作用力，精細調控不同方向生長速度，使整體結構保持不變，能量平衡方向定向改變，成功實現了納米結構的螺旋、解旋和再螺旋。
本研究提出了一種晶體可逆變化設計的新概念，這種基于調控分子間相互作用促成晶體多重可逆轉化的精細調變技術，為晶體學帶來一個全新視角，豐富了晶體學理論，使多重復雜可逆過程的實現成為可能。
南京大學博士研究生杜薇為文章的第一作者，南京大學陸輕銥教授和高峰教授、中國科學院強磁場中心陸輕鈾研究員和王俊峰研究員、中國科大江俊教授為共同通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等的經費資助。
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