“晶體-液體-玻璃”相變為可調控新型玻璃的合成提供了全新的途徑。與傳統玻璃不同，晶態材料可以通過配位化學和網格化學設計原理來微調所需的屬性，如改善傳質、光學性能等，這是無法在傳統無機、有機和金屬玻璃中實現的。如何誘導晶態材料局域結構無序進而實現液化再到玻璃化轉變是一個挑戰，因為絕大部分晶態材料直至分解溫度也無法熔融。例如，在研究廣泛的金屬有機框架體系中，盡管目前已報道的材料個數已超過十萬，歷時十余年，玻璃態探索仍舊局限于ZIF-4、ZIF-62、ZIF-8等極少數模型化合物。打破“晶體-液體-玻璃”過程中對金屬和配體的限制，開發普適性晶態材料玻璃化合成途徑是目前該領域的研究瓶頸。
與DES組分結合的鋁分子環示意圖
近日，受到傳統無機玻璃制作過程中引入純堿、草木灰等礦物來降低熔點，以及深共晶溶劑(DES)混合物熔點明顯下降特點的啟發，中國科學院福建物質結構研究所張健團隊揭開團簇玻璃化的面紗，通過在分子水平上的DESs晶格摻雜設計合成了第一類可熔化的鋁分子環。這類分子環化合物在加熱后經歷了晶體-液體-玻璃的過程，結構中的鋁分子環、DES組分和晶格溶劑之間，豐富而強的氫鍵被認為是熔點降低的根源。這種晶格摻雜的結合方法為團簇玻璃的開發提供了普適性的制備途徑。此外，團簇玻璃“軟材料”的可塑性促使研究人員繼續探索其可加工性和光學性能。該團隊在常壓下采用簡易“熱壓法”制備無氣泡玻璃膜并保持與原始晶體類似的發光與三階非線性效果。與傳統的基材粘合方法相比，這種團簇玻璃膜的成型不需要額外的混合介質，展現出團簇玻璃的優勢。
團簇玻璃材料的可控制備和光學應用探索為晶體-液體玻璃家族提供了新的設計理念。在該工作中，研究人員展示了DES啟發的鋁氧團簇玻璃的制備并研究了這類玻璃產品的形成機制與作為多功能光學玻璃的潛力。鋁氧分子環與離子液體組分的結合策略克服了晶體玻璃對金屬和配體類型的限制，有望為“晶體-液體-玻璃”的研究打開更加寬廣的局面。相關成果發表在《德國應用化學》上。
