近日，我校化学化工学院先进功能材料团队党理龙博士与洛阳理工学院合作在国际顶级期刊《National Science Review》上发表了题为"Efficient synthesis of a snowflake-shaped folded assembly, an 818 knot, and a closed three-link chain via coordination angle modulation"的学术论文。该论文第一完成单位为洛阳师范学院。近年来，机械互锁配位超分子因其独特的拓扑构型和功能特性备受关注。其中，818分子结和闭合三索烃作为典型高阶拓扑结构，其定向合成极具挑战。本研究通过创新性分子设计，实现了这类结构的精准可控构筑，为拓扑超分子化学提供了重要突破。
本研究提出以配位角调控为核心的拓扑结构精准合成策略：利用咔唑单元优异的共轭特性，通过对3,6-位与2,7-位溴代咔唑的修饰，构建具有不同夹角特征的双齿吡啶配体L1（小夹角）和L2（大夹角）。研究发现，当配体L1与特定尺寸的金属构筑单元配位时，倾向于形成两种非互锁拓扑结构：分子镊子化合物和罕见的十二核雪花状折叠大环，这主要是由于配体较小的夹角限制了分子间的空间穿插能力。而当采用相同构筑单元但换用大夹角配体L2时，体系展现出截然不同的自组装行为，成功实现了818分子结和闭合三索烃高阶互锁结构的构筑。该研究通过调控配体夹角角度与金属构筑单元的尺寸匹配性，首次实现了四种具有显著差异性的复杂拓扑结构的可控合成，为超分子化学中的拓扑工程提供了全新范式。
此外，团队还深入研究了这些拓扑结构独特的光物理性质。通过系统表征发现，不同的分子堆积模式会产生显著差异的光自由基效应，这些微观结构特征与宏观光热转换性能之间存在清晰的构效关系。这项跨尺度研究不仅拓展了拓扑化学的设计维度，更为开发新型光热功能材料奠定了理论基础。
该论文的工作得到了国家自然科学基金、中原基础研究领军人才、河南省自然科学基金等项目的资助。
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论文链接: https://doi.org/10.1093/nsr/nwag432.
