摘要：1月9日，天津大学理学院胡文平、王雨、吴煌与诺奖得主詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特（J. Fraser Stoddart）教授在光电功能的手性阿基米德多面体的构筑上取得的最新研究成果，发表在国际著名学术期刊Nature《自然》上。
1月9日，天津大学理学院胡文平、王雨、吴煌与诺奖得主詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特（J. Fraser Stoddart）教授在光电功能的手性阿基米德多面体的构筑上取得的最新研究成果，发表在国际著名学术期刊Nature《自然》上。
论文题目为“动态超分子扭棱立方体”（Dynamic supramolecular snub cubes）。该论文通讯作者是胡文平、詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特、王雨和吴煌教授，第一作者是吴煌教授。
2000多年前，古希腊数学家阿基米德提出了13种阿基米德多面体，这些多面体通过对正多面体进行截半、截角和扭棱等操作得到，以结构复杂而著称。在这13种多面体中，扭棱立方体是两个具有拓扑手性的阿基米德多面体中的一个，实现其立体特异性构筑一直是化学家和材料学家追求的研究目标。胡文平与詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特研究团队联手开辟了光电小分子手性组装新途径，构筑了超分子扭棱立方体，研究成果在《自然》发表。
研究团队基于光电功能分子设计并合成了“8”字形的螺旋大环，并通过螺旋大环之间的144个重弱氢键实现了超分子扭棱立方体的定向组装。设计并合成的超分子扭棱立方体由24个顶点、60条棱和38个面组成，其中包括6个正方形、8个正三角形和24个不等边三角形。每个扭棱立方体含2712个原子，外径达到5.1 纳米。同时，扭棱立方体内部拥有一个体积为6215立方埃米的手性空腔，半径为2.3 纳米。该研究实现了左手扭棱立方体和右手扭棱立方体的选择性构筑。由于其独特的多孔结构，该扭棱立方体能够同时装载多个不同的有机客体分子，还能在立方体的内部空腔和外部“口袋”中选择性地装载不同的客体分子。此外，该扭棱立方体还表现出优异的光电性能，不仅能够在光照下发生可逆的颜色变化，还可以用光照来调节其弹性和硬度。这为开发机械性能可调的先进光电功能材料奠定了基础。这项研究为构筑拓扑手性的人工多面体提供了全新的组装途径，也为开发具有丰富包裹性能的智能人工多面体提供了深刻的见解。
图 超分子扭棱立方体的非共价合成
研发人员表示，科学就是探索未知，发现规律。阿基米德多面体一直备受数学家、化学家、材料学家关注，因为此类基础性前沿研究可以对新材料、生物医药、化学化工等领域产生深远的影响。比如，许多球形病毒衣壳和铁蛋白展现出类似阿基米德多面体的拓扑结构。设计并合成超分子扭棱立方体，为理解球形生物大分子在生物系统中的形成与功能执行提供了重要途径。因此，化学家和材料科学家一直致力于复杂人工多面体的设计与合成。这项研究在模拟生物封装材料这一方向迈出重要一步，也为设计先进的光电功能晶态材料提供了新思路。
该项目研究同时获得中国自然科学基金委员会、中国科技部、美国自然科学基金委员会、美国能源部、美国国立卫生研究院以及欧洲研究委员会等的资助。
摄影：张家兴
论文信息
Huang Wu*, Yu Wang*, Luka Đorđević, Pramita Kundu, Surojit Bhunia, Aspen X.-Y. Chen, Liang Feng, Dengke Shen, Wenqi Liu, Long Zhang, Bo Song, Guangcheng Wu, Bai-Tong Liu, Moon Young Yang, Yong Yang, Charlotte L. Stern, Samuel I. Stupp, William A. Goddard III, Wenping Hu* & J. Fraser Stoddart*. Dynamic supramolecular snub cubes. Nature 2025, DOI: 10.1038/s41586-024-08266-3.
记者 / 赵晖
编辑 / 邵偃修
封面摄影 / 杨鸿钦
底图制作 / 高玉珠
审核 / 王鑫 梁绍楠 薛子易
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来源：天津大学