Hsu-Chi Chang, Yu-Chun Chuang, Yi-Hung Liu, Bo-Hao Chen, and Jye-Shane Yang
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e21866

國立臺灣大學 化學系 楊吉水教授
同步輻射研究中心 科學研究組-材料科學小組 莊裕鈞組長

有機分子晶體在結晶過程中可能會包含環境中的溶劑分子，以填補孔洞並降低表面能，形成較穩定的溶劑化晶體(solvate crystal)。若溶劑分子被困於不相連的孔洞中，則屬於無孔道(nonporous)型晶體，此類材料可應用於藥物傳遞、氣體或液體的選擇性吸附。相較於以強鍵結構成的金屬有機骨架或共價有機骨架，無孔溶劑化分子晶體由較弱的分子間作用力形成，因此，在缺乏擴散通道下，其客體分子如何在不破壞晶格下離去？對巨觀性質又有何影響？是當前研究的一大課題。

本研究在無孔溶劑化分子晶體中，觀察到罕見的客體溶劑分子離去引發的兩階段藍–綠–黃熱致螢光變色，且晶體在過程中維持良好晶性的現象。藉由同步輻射高解析粉末繞射技術(TPS19A)，我們成功捕捉到材料的動態結構變化。第一階段的轉變中，超分子齒輪的微幅旋轉瞬時打開溶劑擴散通道，使得溶劑得以釋放，並維持原有主體結構。在矽油中加熱晶體時，溶劑分子釋出而產生氣泡並推動晶體運動。在失去溶劑分子後，主體結構因表面能上升而趨於不穩定，因此微幅升溫便可誘發多形性變化(polymorphic transition)，亦即晶體結構改變至熱力學穩定的晶相，進而完成第二階段相變。此階段相變過程涉及~90^o的協同分子齒輪旋轉，達到分子構形及晶體結構的改變。兩階段的螢光顏色變化是源於發光團的周圍環境改變，分別為客體分子離開所造成的環境剛硬性下降及發光團間相互靠近所致。本研究揭示了一種存在於無孔溶劑化晶體中的獨特動態行為：由客體分子釋出來啟動固態分子的連續運動、依序展現晶體光學變化及機械響應行為。