从宏观织物的经纬交错到分子尺度的链段穿插，分子编织将传统编织的拓扑理念延伸至分子尺度，实现了编织拓扑从宏观结构到分子结构的跨尺度拓展。不同于传统聚合物主要依赖化学组成、链结构及链间相互作用调控材料性能，分子编织进一步引入分子链的空间组织与拓扑约束这一设计维度，为调控材料的力学性能、结构响应及功能集成提供了新的可能。然而，现有策略通常依赖金属配位模板或特定溶剂辅助，这很大程度限制了编织聚合物的广泛制备和应用拓展。发展更简便、对溶剂和温度具有更广适应性的分子编织策略，仍是该领域的重要挑战。

  近日，浙江大学黄飞鹤、李光锋团队与香港科技大学、香港中文大学（深圳）唐本忠院士团队合作，提出了手性导向的分子编织策略。研究利用不同手性单元之间的选择性组装，在无需金属配位模板和特定溶剂辅助的条件下，构筑出具有“两上两下”编织模式的二维聚合物网络（图1）。

  2026年10月16日，相关成果以“Chirality-Directed Molecular Weaving”为题发表于《美国化学会志》（JACS）。

图1. 手性导向分子编织策略

  这项研究的关键，在于利用手性自分类调控分子链的构象。研究者选用具有螺手性的双硼酸酯外消旋体rac-DSBE，与双吡啶单体DPE通过硼氮配位键连接成链。其中，R型和S型单元交替排列，形成带有上下互补空隙的聚合物链，为正交方向的分子链相互穿插提供空间（图2）。这一异手性单元优先组装的过程被称为“社交型”手性自分类。单晶结构分析证实，分子链以“两上两下”的方式有序交织，其拓扑图案与传统2 × 2斜纹织物相呼应。

图2. “社交型”手性自分类引导分子链排列及编织节点形成

  研究者进一步发现，在30余种溶剂条件下均可形成编织聚合物。不同溶剂中获得的多种材料具有一致的层内编织拓扑，而层间堆积则随溶剂变化，为保持编织结构的同时调节材料性能提供了途径。通过改变层间堆积，材料层间距可在13.62—14.35 ?之间调节，活化后的样品ZJU-WP-1a表现出对于乙炔气体的优先吸附，在乙炔/乙烯分离方面具有潜在的应用价值（图3）。

图3. 层间孔道调控及气体吸附行为

  此外，纳米压痕实验与理论计算表明，编织节点处的分子链伸展和相对滑移能够协同适应外力引起的形变，而层间距离及层间溶剂的相互作用进一步影响材料的弹性响应（图4）。这些结果揭示，层内编织网络与层间堆积共同决定了分子织物的力学行为。

图4. 编织聚合物晶体的力学性能与形变机制

  总之，该研究将手性自分类引入分子编织，为突破传统分子编织对金属模板和特定溶剂环境的依赖提供了新思路，拓展了编织拓扑的构筑策略。通过建立编织拓扑、层间组织与材料性能之间的关联，该研究为理解分子尺度的空间穿插与拓扑约束如何影响聚合物的结构和功能提供了新的实验依据。未来，结合分子构型、编织拓扑与层间堆积的协同调控，有望进一步拓展分子编织材料在多孔分离、力学响应及功能集成等领域的应用，并推动具有可设计拓扑结构与可调性能的新型聚合物材料的发展。

  文章信息

  https://doi.org/10.1021/jacs.6c13196

  Chirality-Directed Molecular Weaving

  通讯作者：Guangfeng Li, Ben Zhong Tang, Feihe Huang

  期刊：Journal of the American Chemical Society