Angew Chem：通過控制微晶中的分子取向來實現光機械誘導的磁場響應

【引言】

有機分子晶體中的固態光化學反應可以讓材料發生運動和發生形狀變化，它們在光控器件的應用上存在很大的潛力。目前，該領域還處于初步發展階段，這些新的光致變色或光響應機械“引擎”的分子被人們制備成微晶，這些微晶在光照下能做出像彎曲，扭曲和跳躍等機械運動。 然而，控制分子晶體生長的尺寸和形狀仍然是一個挑戰，因為有機分子之間的弱范德華分子間作用力會破壞它們在結晶期間特定形狀中的能力。盡管如此，在表征晶體尺寸和形狀如何導致像[2 + 2]光環加成，E→Z光異構化和[4 + 4]光環加成這樣的固態反應的不同光響應機械行為方面還是取得了相當大的進展。

【成果簡介】

近日，加州大學河濱分校的Christopher Bardeen課題組利用表面活性劑輔助的晶種生長的方法制備了具有兩種不同內部分子取向的由9-甲基蒽（9MA）組成的微米級單晶體（A型：六邊形，B型：長方形）。這兩種微晶在形貌和內部分子排列上雖然十分近似，但兩者具有完全不同的光機械響應。制備中新發現的細長六邊形微晶經過光照后可以卷起和展開。 卷繞的圓柱形微晶具有一定的捕獲磁性納米顆粒的能力，并使其能夠在磁場中攜帶這些納米粒子移動，這一研究開辟了使用光來調節晶體平移運動的可能性，相關成果以“Photomechanically Induced Magnetic Field Response by Controlling Molecular Orientation in 9-Methylanthracene Microcrystals”發表在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: DOI: 10.1002/anie.201802423)，論文第一作者是加州大學河濱分校畢業生童非博士，通訊作者為加州河濱大學化學系Christopher Bardeen教授和阿卜杜拉國王國際醫學研究中心（KAIMRC）的Rabih O. Al-Kaysi教授。

【圖文導讀】

圖1. 9MA微晶產生的兩種類型的光機械運動。

a) A型：當分子反應產生的應力與晶體表面的長軸對齊時發生卷曲。

b) B型：當分子反應產生的應力與晶體表面長軸成一定角度時，發生螺旋扭曲。

圖2 兩種微晶的結構表征

a) 不同角度的A型9MA六角形微孔板的交叉偏振顯微鏡圖像。

b) 不同角度的B型9MA矩形微帶的交叉偏振顯微鏡圖像。

c) 9MA分子排布中A型六邊形（紅色虛線）和B型長方板（紫色虛線）的輪廓。

d) A型9MA六邊形微晶的頂視和側視圖。

圖3兩種微晶的光刺激下的機械運動

a）A型微晶于光照之前；b）光照期間卷起； c）保持光照后展開。 d）B型微晶于光照之前；e）光照期間扭曲; f）保持光照后解開。

圖4 A型9MA微晶光照前后對比

光照前（左）和光照之后（右）9MA六邊形微晶。 晶體沿c軸擴展而沿b軸收縮。

圖5 A型9MA微晶捕獲并運輸磁性納米粒子

（a） - （d）光照之前的A型9MA微晶,在磁場下沒有運動。

（e） - （j）9MA晶體光照之后并卷曲成圓柱體并在磁場作用下運輸捕獲的磁性納米粒子。

【小結】

該研究提供了一種新的生長9MA單晶的方法，能使我們制備出兩種表現完全不同的光機械響應性質的微晶。在光照下，長方形的微晶更表現出光致扭轉，六邊形的微晶展現卷起和展開。 光照后所形成的圓柱形狀可以用于捕獲磁性納米粒子，并且使其能夠在磁場作用下運輸所捕獲的納米粒子。 這種新穎的晶體生長方法實現了新的光致形狀變化，為使用光調節微結構平移運動開辟了可能性，并進一步說明了分子晶體材料的多功能性。

文獻鏈接:Photomechanically Induced Magnetic Field Response by Controlling Molecular Orientation in 9-Methylanthracene Microcrystals. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201802423)

本文由童非博士供稿。