理化學研究所新興物質科學中心和東京大學科學家的研究小組創造了一種不尋常的材料——由被稱為索烴（catenanes）的分子所組成的軟性晶體，其行為方式新穎，可用于捕捉二氧化碳分子的薄膜等應用。

索烴是一種分子類型，其中兩個或更多的環交錯在一起，就像魔術師在表演時使用的環一樣，這些環還可以相互滑動，產生構象變化，可以賦予材料有趣的特性。這些類型的分子在自然界中被發現，它們經常作為分子機器發揮作用。到目前為止，已經創造出了聚索烴的鏈（polycatenanes），但是科學家們從來沒有探索過由這些分子組成的三維晶體。

于是該小組開始探索這個問題，并通過在溶劑中生長索烴和鈷離子的晶體創造了一種新材料。通過與鈷離子形成配位鍵來仔細控制索烴分子的排列，研究人員認為可能會創造出一個幾乎完全由索烴組成的三維網絡。

然后，研究人員使用單晶X射線衍射法來研究這種軟性晶體的結構。

研究人員基本上是在探索這種材料可能具有的屬性類型，但是他們對分析的結果感到驚訝。首先，與預期一致，研究發現按重量計算，索烴占晶體的90%以上。有趣的是，還發現它是多孔的，可以吸附溶劑或氣體分子，并且孔的形狀隨著客體分子進入或離開結構而改變。

此外，使用納米壓痕技術研究機械性能時，研究著發現該材料在受到機械壓力時很容易變形——它的楊氏模量（衡量其變形難易程度的指標）與聚丙烯（一種用于包裝材料和其他用途的塑料）的模量相當。

更讓人驚訝的是，在消除力之后，它又恢復到原來的形狀，沒有損壞。此外，當試圖壓縮它時，發現它在一個特定的方向上壓縮得最厲害。研究人員對其可變形的性質進行解釋，實際上，索烴分子的環在滑動，允許材料壓縮。

研究人員認為，這些結果可能會導致創新的多孔材料產生，這些材料可以吸附和解吸氣體分子，如二氧化碳，并且可能只需用手指捏住和釋放它們就可以。

題為An elastic metal–organic crystal with a densely catenated backbone的研究論文發表在《自然》雜志上。

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論文原文：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03880-x

標簽： 科學家 創造 索烴 分子