Angew. Chem.：室温下自发快速的固态分子运动

你能想象一个纳米机器人在太空建造基地吗？或者你的体内有一个微小的机器人在自动寻找并攻击癌细胞？自从2016年分子机器的研究被授予诺贝尔化学奖之后，人们对于未来纳米机器人产生了无限遐想。然而，道阻且长。为了制造这么小的机器人，我们首先需要的就是功能性的构建基元。科学家已经可以制造诸如纳米电梯这样的分子机器，但是很多时候这些研究都只是停留在溶液中。纳米机器人要想满足未来需求要依赖的一个最基本条件是：在固态下可以运动。当然单纯的能够运动还不行，如何检测如此微小的分子层次的运动是更大的挑战。溶液中我们可以依赖核磁等手段，但是固态下就困难重重了。聚集诱导发光（AIE）为解决这个问题提供了一种全新的思路。AIE分子在固态下通常发光很亮并且对环境很敏感，结合荧光本身的灵敏性与易检测的特点，使得我们可以很敏锐的捕捉微小的变化。

除了要有AIE活性之外，分子本身需要在固态下可以运动。最近，香港科技大学唐本忠教授（点击查看介绍）团队使用芘作为发光分子的核，因为芘倾向于和邻近分子发生作用，而这种作用能够驱使分子相互运动至足够靠近。研究人员将此AIE分子旋涂制备成薄膜。刚制备的薄膜发黄色荧光，放置一段时间后，由于芘的核驱动分子相互作用并靠近，发光逐渐减弱直至完全消失。如果在不发光的薄膜上用力划动，黄色荧光又会出现（图1）。这是因为划动破坏了芘分子间的作用力。然而由于芘分子倾向于彼此作用，它们又会运动至重新形成强的作用力并再次导致荧光消失。这种的荧光的开关时间仅需20秒。考虑到分子运动是在固态下发生的，这个运动速度已经十分可观了。

图1. A）划动点亮荧光以及随着时间荧光强度逐渐降低。B）图片展示划动导致的荧光点亮与“自擦除”现象。C）图示写入与擦除过程。

为了进一步证明是由于分子运动导致的荧光消失，作者将制备的薄膜放置于三种不同的温度下（-20 ℃，25 ℃和60 ℃）（图2）。温度极大的影响了分子的运动，高温给了分子更多的能量来运动，而降低温度分子的运动则趋于缓慢。宏观表现为高温下薄膜的荧光最快消失，而低温下的薄膜则需要更长的时间荧光才消失。

图2. A）不同温度下薄膜发光强度随时间的变化。B）新制备的薄膜与放置30分钟后的薄膜在365 nm紫外灯下的荧光照片。

该工作展示了一种使用荧光来检测固态下分子运动的新方法。这种运动是由分子间的相互作用力来驱动的。当分子间作用力存在的时候，荧光就会消失，而破坏这种作用力又会点亮荧光，并且分子会再次借助相互作用力运动至荧光消失。该结果证明了分子间作用力能够被用来指示固态下的分子运动，研究人员希望这个工作能够推动更多关于固态分子机器的研究。

相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上。

该论文作者为：Parvej Alam, Nelson L. C. Leung, Yanhua Cheng, Haoke Zhang, Junkai Liu, Wenjie Wu, Ryan T. K. Kwok, Jacky W. Y. Lam, Herman H. Y. Sung, Ian D. Williams, Ben Zhong Tang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Spontaneous and fast molecular motion at room temperature in the solid state

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201813554

导师介绍

唐本忠

https://www.x-mol.com/university/faculty/49585

（本稿件来自Wiley）