Chem. Eur. J.：基于查尔酮的多晶型多刺激响应型致动器：热诱导单晶-单晶转变与光诱导[2+2]环加成反应

吉林大学卢然课题组报道了一种在光和热交替驱动下发生可逆弯曲的分子晶体类致动器，实现了对非接触型多种刺激的宏观机械响应，构建了光能-机械能、热能-机械能的多渠道能量转换体系。

自然界中的生物体对光、热、力、湿度、电场、磁场等外部刺激表现出不同程度的自适应响应行为，为人们设计化学刺激或物理刺激驱动下的仿生致动器提供了灵感。虽然基于聚合物的刺激响应型形变材料具有较好的机械性能，但通常需要大功率能量输入，且响应速度偏慢。与之不同的是，小分子有机化合物在分子晶体中能够有序紧密堆积，分子晶体通常表现出快速的、高能量转换效率的机械响应行为。值得一提的是，由于光能和热能的来源极为丰富，可实现绿色、非接触、远程精准控制，因此，光致动器和热致动器的研究得到了人们广泛关注，但将二者协调到同一体系中实现多渠道能量转换仍具有挑战性。众所周知，光化学反应及光热效应是构建光能-机械能转换体系的桥梁，而热能比通过光热效应获得的热量更为直接。受此启发，吉林大学卢然课题组设计了具有光化学反应活性的查尔酮衍生物，构筑了可发生热诱导单晶-单晶转化以及光化学反应的平台，获得了在光和热交替驱动下发生可逆弯曲的分子晶体。

课题组利用挥发法和升华法分别制备了基于反-3-(3,5-二氯苯基)-1-(对甲苯基)-丙-2-烯-1-酮 (2ClChMe-4) 的带状 (Form I) 和块状晶体 (Form II)，它们在加热条件下分别发生了单晶-单晶转化，从而引起带状晶体的卷曲、翻转和弯曲运动以及块状晶体的膨胀。单晶结构解析结果表明，相比于块状晶体，带状晶体中的分子堆积较为松散，其相变出现在稍低的温度，在热诱导相变过程中，分子构象发生轻微变化的同时，分子沿晶体的 (100) 面发生滑移，使其在a-轴和b-轴方向上膨胀，在c-轴方向上收缩，从而引起带状晶体的宏观机械运动。另外，在带状晶体中2ClChMe-4的光诱导 [2+2] 环加成反应活性较高，可观察到晶体的光致弯曲行为，光诱导弯曲后的晶体经加热处理能恢复至原来的形状。在光和热交替刺激下，晶体的弯曲、伸直运动可重复多次。单晶-单晶相变为揭示微观上分子运动所引起晶体宏观机械行为的机制提供了直接证据，这种多刺激机械响应型分子晶体在软体机器人、人造肌肉、微流控制系统等方面具有潜在的应用价值。

论文信息：

Thermo-induced single-crystal-to-single-crystal transformations and photo-induced [2+2] cycloaddition reactions in polymorphs of chalcone-based molecular crystals: multi-stimuli responsive actuators

文章第一作者：舒远红

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202103228