超分子手性的自發(fā)產(chǎn)生與放大機(jī)理是當(dāng)前手性研究的一個重點(diǎn)與難點(diǎn)，對這一問題的探索將推動各類手性器件的構(gòu)筑，深化對生命體起源的理解，拓展超分子體系的研究前沿。在軟材料領(lǐng)域，過往針對手性自發(fā)產(chǎn)生機(jī)制的研究工作主要聚焦于簡單螺旋結(jié)構(gòu)中，對復(fù)雜三維體系中超分子手性自發(fā)產(chǎn)生機(jī)理的研究尚屬空白，也是手性功能軟材料構(gòu)筑的重要前提。遺憾的是，研究手段方面的匱乏以及三維體系本身的復(fù)雜性成為阻礙超分子手性研究的主要難點(diǎn)問題。

針對超分子手性自發(fā)產(chǎn)生機(jī)制這一科學(xué)問題，西安交通大學(xué)材料學(xué)院、陜西省軟物質(zhì)國際聯(lián)合研究中心的研究人員，與德國哈勒維滕貝爾格馬丁路德大學(xué)研究人員合作，利用共振軟X射線散射(RSoXS)研究了非手性多爪型分子的自組裝行為，從分子層面解析了三維體系中超分子手性的自發(fā)形成機(jī)制。由于非手性多爪型分子本身的不對稱性，其自組裝結(jié)構(gòu)隨溫度變化產(chǎn)生超分子手性，這一體系為理解超分子手性的自發(fā)產(chǎn)生提供了一個絕佳的平臺。

RSoXS是一種利用線偏振X射線在元素吸收邊附近進(jìn)行散射的實(shí)驗方法，其物理過程包含散射與吸收兩部分，散射為該實(shí)驗方法提供識別周期性的能力，吸收過程使得電子躍遷至外層非球形軌道中，使得不同方向的軌道與線偏振X射線的作用方式不同，從而賦予了RSoXS分辨電子軌道/價鍵方向周期性的能力。借助于這種特性以及原位溫度敏感性分析，研究人員成功地表征了手性四方結(jié)構(gòu)(Tetbi)，并通過簡化的結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合散射理論，對手性四方結(jié)構(gòu)中的分子排布方式進(jìn)行了解析。揭示了從非手性立方結(jié)構(gòu)(Cubbi)到手性四方結(jié)構(gòu)(Tetbi)的手性產(chǎn)生過程。隨著溫度的降低，一條網(wǎng)絡(luò)中的分子保持螺旋排布，而另一條網(wǎng)絡(luò)中的分子逐漸隨機(jī)，從而自發(fā)產(chǎn)生了超分子手性。這一發(fā)現(xiàn)首次解析了三維體系中超分子手性的自發(fā)產(chǎn)生過程，探究了分子螺旋間的相互作用對超分子手性的影響，拓寬了超分子手性體系的表征思路。

近日，該研究成果以《超分子內(nèi)消旋新模式：左右旋共存的鏡面對稱性破缺產(chǎn)生四方網(wǎng)絡(luò)液晶結(jié)構(gòu)》(Supramolecular meso-Trick: Ambidextrous Mirror Symmetry Breaking in a Liquid Crystalline Network with Tetragonal Symmetry)為題發(fā)表在國際化學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊《美國化學(xué)學(xué)會會刊》(J. Am. Chem. Soc)上。論文第一作者為西安交大材料學(xué)院助理教授曹瑜，通訊作者是西安交大金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗室劉峰教授以及德國哈勒維滕貝爾格馬丁路德大學(xué)Carsten Tschierske教授，陜西省軟物質(zhì)國際聯(lián)合研究中心與西安交大金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗室為本文第一單位。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、國際合作項目以及國家留學(xué)基金委等共同資助。（來源：西安交大）