肖延勝

高密度便攜化的多穩(wěn)態(tài)材料應(yīng)運而生。相對于傳統(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)材料，多穩(wěn)態(tài)材料能夠使計算機的存儲及功能性質(zhì)得到質(zhì)的飛躍。除此之外，多穩(wěn)態(tài)分子材料還廣泛地應(yīng)用于分子開關(guān)、傳感和催化等領(lǐng)域。中國科學院海西研究院廈門稀土材料研究所的黃有桂博士致力于多穩(wěn)態(tài)分子材料的研究。19992008年，8年的無機化學學習與研究生涯為黃有桂日后的多穩(wěn)態(tài)分子材料的研究奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。量變引起質(zhì)變，厚積而薄發(fā)，自2009年開始，黃有桂先后前往美國與日本進行有關(guān)多穩(wěn)態(tài)分子材料的研究，并取得一定的成果。

細節(jié)決定成敗

通過化學方法設(shè)計、合成多穩(wěn)態(tài)分子，再利用外界環(huán)境刺激和溫度的變化實現(xiàn)此類分子不同穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化，經(jīng)此途徑黃有桂研究分子在不同狀態(tài)下的物理、化學性質(zhì)差異，并利用這一相互轉(zhuǎn)化過程進行物理、化學環(huán)境的檢查，并催化一些重要的化學反應(yīng)。

黃有桂主要通過外部環(huán)境調(diào)控MOFs的自旋狀態(tài)或化合價態(tài)，利用實驗研究利用外場誘導MOF中金屬中心的自由翻轉(zhuǎn)。自旋翻轉(zhuǎn)（spin-flop）是一種重要的磁現(xiàn)象，其在磁性導體中可誘發(fā)巨磁阻效應(yīng)，然而對于spin-flop磁性材料的設(shè)計難以實現(xiàn)?；瘜W材料實驗非常注重細節(jié)的處理，這需要研究人員有極強的耐心和扎實的知識理論基礎(chǔ)。在實驗過程中，黃有桂也曾遇到難題，也曾陷入困境，在這一個時候，他往往會走到實驗室的一個角落，閉上眼睛沉思，仔細回想實驗過程，尋求新的思路，找出問題所在。黃有桂自己解釋道：“其實，我只是讓自己放松平靜下來，因為只有心態(tài)平和才能捋清思路，才會找到細節(jié)上的問題，繼續(xù)完成實驗?！惫Ψ虿回撚行娜耍S有桂經(jīng)過大量的實驗，利用反鐵磁鏈自旋中心存在相互競爭的反鐵磁耦合作用的特點，設(shè)計了一個基于無機鏈的多孔MOF，通過改變外場，在H=5kOe附近成功實現(xiàn)了鏈內(nèi)的自旋翻轉(zhuǎn)。

有了這樣重要的實驗成果，更加增強了黃有桂對多穩(wěn)態(tài)分子研究的信心。他以上述成果為基礎(chǔ)，作為以上工作的延伸，致力于通過外界刺激改變金屬中心的化合價態(tài)，從而改變MOFs的晶體結(jié)構(gòu)。他設(shè)計了一個柔性金屬

有機單股螺旋納米管陣列，利用螺旋納米管的柔性和金屬中，OCu+易被氧化的特點，通過把Cu+氧化為Cu2+，拉長金屬中心與配體之間的配位鍵，從而實現(xiàn)了手性碳納米管尺寸的顯著擴大，彌補了手性碳納米管在可調(diào)控性方面的不足。欲要看究竟，處處細留心。正是通過他對細節(jié)的關(guān)注與處理，黃有桂成功地利用外部環(huán)境調(diào)控了MOFs的自旋狀態(tài)和化合價態(tài)，這對于多穩(wěn)態(tài)分子材料的發(fā)展是一次進步，對于黃有桂個人也是一次值得回味的成長。

憑借多年的實踐經(jīng)驗，黃有桂有了進一步的思考：溫度對于切換多穩(wěn)態(tài)超分子框架（SOFs）的晶體形貌與性質(zhì)，有什么幫助呢？他設(shè)計了一個超熱彈性孔道形狀記憶的超分子框架，將熱處理與客體吸附脫附相結(jié)合，實現(xiàn)了同一材料內(nèi)不同空孔道形狀和不同吸附性能之間的切換，其正交相不吸附N2而四方相可顯著吸附N2。這種孔道形狀記憶的超分子框架有助于解決柔性多孔材料的吸附性能缺乏可調(diào)控性的弊端。超分子框架孔道形狀記憶過程是基于框架本身固有的柔性實現(xiàn)的，整個框架變形過程由框架各個部分之間的協(xié)同作用控制，沒有氫鍵的斷裂和形成。這促使黃有桂思考，是否可以通過SOF內(nèi)某個動態(tài)分子的局部運動帶動整個框架的變形，從而使動態(tài)分子起到化學運輸?shù)墓δ堋Ｃ鎸@一課題，黃有桂基于羧基在不同強度的堿的影響下可以脫質(zhì)子或接受質(zhì)子這一特點，將一動態(tài)的分子通過氫鍵引入到羧酸體系中，通過熱致分子運動調(diào)節(jié)動態(tài)分子的pKa值，從而首次在單品中實現(xiàn)了質(zhì)子的遠程傳輸，并且質(zhì)子轉(zhuǎn)移前后，單晶的形狀發(fā)生了肉眼可觀察到的顯著變化。此項研究首次實現(xiàn)了通過長程質(zhì)子轉(zhuǎn)移調(diào)控分子材料的機械性能，為“在人工材料里復制生物功能的目標”做了進一步的探索。此項工作發(fā)表后，Nat.Nanotechnolog標題對該工作進行了亮點報道。

在研究了多穩(wěn)態(tài)MOFs、SOFs后，黃有桂將研究拓展到雙穩(wěn)態(tài)有機染料分子領(lǐng)域，他與豐田汽車公司合作，致力于開發(fā)出一種基于有機染料分子的復合薄膜，像pH試紙檢測pH值一樣，通過薄膜顏色的變化可肉眼識別出汽油中是否有甲醇。理論與實踐的結(jié)合使黃有桂的科研成果得到了最大價值的發(fā)揮。

歸來仍少年

帶著多年來在多穩(wěn)態(tài)分子研究領(lǐng)域的經(jīng)驗，黃有桂回到了祖國的懷抱。回國后，黃有桂任職于中國科學院海西研究院廈門稀土材料研究所，致力于拓展和深入對多穩(wěn)態(tài)分子材料的研究，將研究范圍拓展到單分子稀土化合物領(lǐng)域。目前，他已經(jīng)組建了一個7人的小型科研隊伍，并在課題方向上取得了一些初步的結(jié)果。他與團隊一起利用超分子化學的手段，利用抗衡陰離子的模板效應(yīng)，將一個柔性陽離子折疊，得到了一系列X射線照射變色的分子材料；探索設(shè)計了一個光氧化還原反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其可能催化某些重要的化學反應(yīng)；設(shè)計了一個晶態(tài)分子材料，初步研究結(jié)果表明，其可能表現(xiàn)出熱誘導的手性消失現(xiàn)象。黃有桂與其團隊的努力，一定會為中國多穩(wěn)態(tài)材料領(lǐng)域帶來新的驚喜。