西安交大科研人员在软物质相变领域取得新进展

生物系统中存在着各种各样的软物质结构，因此在超分子、聚合物化学和纳米科学中，设计不同的软物质自组装结构对理解生物系统中相关结构的变化具有重要意义。其中，双连续立方相广泛分布于各种自组装体系中，其结构的双连续性赋予结构多种功能。双金刚石结构(DD)和双螺旋二十四面体结构(DG)作为常见的两种双连续立方相，普遍存在于不同化学领域和不同的长度尺度中，可用作天然和人工的光子晶体材料、超材料、超级电容器、催化剂、模板和用于分离和过滤的薄膜等。研究DD和DG之间的相变机理，从而在不同体系的自组装中设计目标分子实现相结构的调控是当前科学研究的热点之一。然而，目前的研究尚未报道DD与DG之间是如何通过中间相逐步相变，这种逐步相变可在结构及分子层面进一步解释DD和DG之间的相变关系。

近期，西安交通大学材料学院刘峰教授团队与德国马丁路德·哈勒维腾贝格大学的Carsten Tschierske教授合作，并借助上海同步辐射光源(SSRF)小角X射线散射线站与西安交通大学分析测试中心的小角X射线散射仪，研究了一系列多亲性同系物分子在不同温度下的自组装行为，首次提出了一种新的DD-DG相变路径：将DD结构的四面体节点扭曲得到Fmmm结构的扭曲四面体节点和平面四重节点，进一步在六方P63/m结构中变为扭曲的和非扭曲的三重平面节点，最后得到只有非扭曲三重节点的DG结构。相变过程中结构的配位数(CN)的变化为4-4-3-3。相变过程以能量最低为原则，极小曲面与节点的六边形密排互相竞争，得到具有不同节点形状的四种结构。该研究所提出的全新的DD与DG结构之间相变机制，对从结构和分子层面更深入理解相变过程和进一步调控相变具有重要指导意义。

近日，该研究成果以《在双螺旋二十四面体结构与双金刚石结构的相变中得到具有多样化节点形状的网状相结构》(Network Phases with Multiple-Junction Geometries at the Gyroid-Diamond Transition)为题发表在国际化学领域旗舰期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society)上。该论文共同第一作者为西安交大材料学院博士生蔡晓倩与马丁路德·哈勒维腾贝格大学的Sebastian Hauche博士，通讯作者是西安交大金属材料强度国家重点实验室的刘峰教授以及马丁路德·哈勒维腾贝格大学的Carsten Tschierske教授，陕西省软物质国际联合研究中心与西安交大金属材料强度国家重点实验室为本文的第一单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、国际合作项目等共同资助。本工作是刘峰教授领导的团队近期在化学领域旗舰期刊《J. Am. Chem. Soc.》(2022, 144, 6936-6945)、《Angew. Chem. Int. Ed.》(2022, 61, e202203447)后在软物质自组装领域取得的又一重要研究成果。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10462