扭结结构广泛存在于各种工具、材料和建筑。分子结普遍存在于DNA、RNA、蛋白质、聚合物和液晶结构。广义地说，一个链状分子通过穿插、缠绕和打结形成的闭环结构被称为分子结。通俗地说，分子结是通过穿插缠绕的分子链形成的闭环结构。含有金属原子的分子结被称为金属结。虽然有研究通过一锅自组装合成了一些金属结，但通过控制分子链的缠绕和闭环连接来设计合成和制备金属结有待研究。

中国科学院福建物质结构研究所研究员陈忠宁课题组与华东师范大学教授张亮合作，提出了“配位闭环”策略。这一策略能够将一个缠绕的金属配合物转化为金属结，为设计合成金属结拓扑结构提供了通用方法。研究将咔唑-1,8-二炔与Au⁺/Ag⁺或Au⁺/Cu⁺自组装，制备出一系列具有[2]-索烃、三叶结及“8”字结拓扑结构。研究通过调节反应物比例，得到Au₆Cu₄缠绕结构及Au₆Cu₂和Au₈Cu₆三叶结。这些特殊的拓扑结构是Cu⁺离子模板效应和金属-金属相互作用的结果。Cu⁺离子通过与乙炔基π-配位来诱导Au-炔链的折叠与穿插；进而，金属离子通过形成丰富的Au-Cu或Au-Au相互作用以进一步稳定这些扭曲的构型。若将Au₆Cu₄缠绕结构侧边未配位的-C≡CH基团与线型[AuPh₂(CH₂)₄Ph₂Au]²⁺连接，则转变为Au₁₀Cu₄“8”字结。

研究显示，改变构建单元的比例导致两种具有不同化学计量和对称性（C₂或D₃）的三叶结和一种缠绕结构形成。虽然缠绕结构是偶然形成的，但可以通过“配位闭环”策略将链端连接起来，能够精准制备4₁金属结即“8”字结。这些分子结的磷光性质可归因于它们的扭结构象，赋予它们优异的刚性。这种刚性最大限度地减少了三重态中的非辐射热失活过程，使得它们具有优异的磷光性能。

这一基于Au(I)-双(乙炔基)连接、π键合的Cu(I)模板和配位闭环的策略，为获得各种强磷光纳米拓扑结构提供了新方法。

近期，相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家自然科学基金、福建省科技计划项目和上海市自然科学基金等的支持。

论文链接