近日，我院鲁烨副教授/杨仕平教授团队在机械互锁分子的光学应用研究领域取得突破性进展。相关研究成果以“Observation of Near-Infrared Photothermal and Photoacoustic Effects in a Metallosupramolecular Trefoil Knot”为题，发表于国际化学领域顶尖期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。该研究首次在金属超分子三叶结（trefoil knot）结构中成功观测到近红外光声效应，为开发新型生物光声材料和拓展机械互锁分子的应用提供了全新的设计思路。
机械互锁分子，如在纽结理论中作为最简非平凡纽结的三叶结，因其独特的拓扑结构和潜在应用价值，在化学、物理及材料科学等领域备受关注。然而，通过配位自组装法合成的该类金属超分子结构通常稳定性较差，极大地限制了其后续的功能化与应用研究。
针对这一挑战，鲁烨副教授/杨仕平教授团队利用咪唑基配体与半夹心结构前驱体，通过高效的配位自组装策略，成功合成了一种具有高稳定性的金属超分子三叶结化合物。该三叶结结构不仅能在不同极性的溶剂中稳定存在，且其结构对溶液浓度变化也完全免疫，为深入研究其物理化学性质奠定了坚实基础。
研究发现，得益于三叶结内部的π-π堆积作用以及其金属到配体电荷转移（MLCT）跃迁，该分子在近红外区表现出优异的光吸收能力。在730 nm激光照射下，其光热转换效率（PCE）高达73.5%，展现出卓越的光热性能。
更为重要的是，该研究还深入揭示了此类结构的近红外光声效应。通过单晶X射线衍射和核磁共振波谱的深入解析，团队发现三叶结分子内部的联苯基团能够发生动态滑行。这种独特的内部运动在不破坏分子整体拓扑结构的前提下，使分子自身产生振动。当受到脉冲激光照射时，分子优异的近红外吸收能力与这种快速的内部振动相结合，能够将光能高效转化为超声波信号，从而在水溶液中成功实现了近红外光声转换。这一发现为机械互锁分子在生物光声成像等领域的应用提供了新的思路和参考。
我校鲁烨副教授为该论文的第一作者和共同通讯作者，2023级硕士研究生李志洁为第二作者，杨仕平教授与德国明斯特大学F. Ekkehardt Hahn教授为共同通讯作者。上海师范大学为该论文的第一完成单位。
该工作得到了国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会、上海师范大学、教育部资源化学重点实验室、资源化学国际合作联合实验室、上海市仿生催化前沿科学研究基地以及上海绿色能源化工工程技术研究中心等项目和平台的资金支持。