扭結(jié)結(jié)構(gòu)廣泛存在于各種工具、材料和建筑。分子結(jié)普遍存在于DNA、RNA、蛋白質(zhì)、聚合物和液晶結(jié)構(gòu)。廣義地說，一個鏈狀分子通過穿插、纏繞和打結(jié)形成的閉環(huán)結(jié)構(gòu)被稱為分子結(jié)。通俗地說，分子結(jié)是通過穿插纏繞的分子鏈形成的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。含有金屬原子的分子結(jié)被稱為金屬結(jié)。雖然有研究通過一鍋?zhàn)越M裝合成了一些金屬結(jié)，但通過控制分子鏈的纏繞和閉環(huán)連接來設(shè)計合成和制備金屬結(jié)有待研究。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員陳忠寧課題組與華東師范大學(xué)教授張亮合作，提出了“配位閉環(huán)”策略。這一策略能夠?qū)⒁粋€纏繞的金屬配合物轉(zhuǎn)化為金屬結(jié)，為設(shè)計合成金屬結(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供了通用方法。研究將咔唑-1,8-二炔與Au⁺/Ag⁺或Au⁺/Cu⁺自組裝，制備出一系列具有[2]-索烴、三葉結(jié)及“8”字結(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。研究通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物比例，得到Au₆Cu₄纏繞結(jié)構(gòu)及Au₆Cu₂和Au₈Cu₆三葉結(jié)。這些特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是Cu⁺離子模板效應(yīng)和金屬-金屬相互作用的結(jié)果。Cu⁺離子通過與乙炔基π-配位來誘導(dǎo)Au-炔鏈的折疊與穿插；進(jìn)而，金屬離子通過形成豐富的Au-Cu或Au-Au相互作用以進(jìn)一步穩(wěn)定這些扭曲的構(gòu)型。若將Au₆Cu₄纏繞結(jié)構(gòu)側(cè)邊未配位的-C≡CH基團(tuán)與線型[AuPh₂(CH₂)₄Ph₂Au]²⁺連接，則轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Au₁₀Cu₄“8”字結(jié)。

研究顯示，改變構(gòu)建單元的比例導(dǎo)致兩種具有不同化學(xué)計量和對稱性（C₂或D₃）的三葉結(jié)和一種纏繞結(jié)構(gòu)形成。雖然纏繞結(jié)構(gòu)是偶然形成的，但可以通過“配位閉環(huán)”策略將鏈端連接起來，能夠精準(zhǔn)制備4₁金屬結(jié)即“8”字結(jié)。這些分子結(jié)的磷光性質(zhì)可歸因于它們的扭結(jié)構(gòu)象，賦予它們優(yōu)異的剛性。這種剛性最大限度地減少了三重態(tài)中的非輻射熱失活過程，使得它們具有優(yōu)異的磷光性能。

這一基于Au(I)-雙(乙炔基)連接、π鍵合的Cu(I)模板和配位閉環(huán)的策略，為獲得各種強(qiáng)磷光納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供了新方法。

近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、福建省科技計劃項目和上海市自然科學(xué)基金等的支持。

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