手性结构及其调控方式与生命现象密切相关，是近些年化学、物理、材料、生物、等众多领域中的及其重要的研究方向。理解和控制手性的形成对基础研究以及工业应用都具有举足轻重的作用，然而如何探究生命分子的整体单一手性起源仍然是本领域的研究热点和难点。柱状相作为典型的一维结构，存在于许多π共轭化合物的1D维半导体中，它们可用于光收集和光发射、传感器、离子导体等，将这些特征与手性相结合可以增强它们作为功能材料的多样性。然而，常规意义上的柱状相由熔融的柔性链把液晶柱相互隔离，实际上是一个一维的系统。传统意义上，由于螺旋反转缺陷的存在，在一维的系统中是不可能维持手性的长程有序。因此，截止目前为止，对于柱相结构中长程均一手性的形成机理以及构筑方式的研究还十分有限。

  针对上述科学问题，西安交通大学刘峰教授/Goran Ungar教授团队与河南工业大学、罗马尼亚科学院、南京大学以及英国谢菲尔德大学的研究人员合作，借助于上海同步辐射光源，英国钻石同步辐射光源以及西安交通大学分析测试中心等仪器设备，合成并研究了一系列具有手性中心的多链型分子在不同温度下的自组装行为，研究发现纯R-C10和S-C10对映体能够自发形成短程有序的手性六方柱状相(Col_h*)，而其外消旋混合物则能够形成长程有序的正交Fddd相，每个晶胞由4个右旋柱和4个柱子左旋柱组成。在该结构中，对映体表现出明确的自分类现象，有序地排布于对应手性的螺旋柱中，两组相反手性的网络使得Fddd正交液晶相整体表现为非手性状态。在此基础上，进一步研究揭示了Fddd相中长程手性柱的形成机理以及构筑方式。

图1. 用于研究自组装行为的多链型分子结构R-C10和S-C10，纯对映体形成的手性六方柱状相(_Colh*)和外消旋体形成的_Fddd相模型。

图2. (a) RS1:1-C10混合物的高温Col_h相(75 °C, 蓝色)和低温Fddd相(45 °C, 洋红色)的SAXS结果。Fddd衍射图中的红色和黑色峰是重叠分量，其强度依据对应的GISAXS信号强度确定。(b) RS1:1-C10的WAXS随温度变化示意图。(c) RS1:1-C10混合物和(d) R-C10对映体的连续降温SAXS曲线。q = 2.8 nm^?1 附近的漫散射随接近Fddd相而增加。

图3. (a) 化合物R-C10、N-C10和RS1:1-C10混合物的线性双折射。(b) R-C10和(c) RS1:1-C10的MDSC结果。在(b，c)中，顶部(黑色)曲线是反向热容，中间(蓝色)曲线是总热流，底部(红色)是相位滞后角。MDSC实验中，冷却速率为0.04 K/min，振荡幅度为±0.07 K，振荡周期为20 s。(c)中绿色迹线的调制周期为60秒。

图4. R-C10纯对映体的Mueller矩阵旋光实验结果，数据记录的是薄膜样品从90 °C(各向同性液体)冷却至30 °C过程中的变化示意图。(a) 圆延迟(CR)光谱(与旋光色散成比例)。(b) 310 nm处的CR值随温度的变化。(c) 圆二色性(CD)光谱。(d) 310 nm处的CD值与温度的关系。(a，c)中冷却速率为 5 K/min；(b，d)中冷却速率为0.5K/min。

图5. (a) S-C10和(b) N-C10分子链段的几何优化结构。其扭转角α3以 10° 为步长变化，计算势能E(α3)。(c) R(蓝色)、S(红色)和 N(黑色虚线)化合物的E (α3)。(d) SD1:1混合物Fddd相中的两个反手性柱，对映体通过自分类以“正确”方向螺旋扭曲以最大化芳香环重叠：RD分子为左扭曲，SL分子为右扭曲。R和S表示对映异构体，D =右旋，L =左旋，撇号表示不利的分子内扭曲方向。(e) “不正确”的扭曲柱。(f, g) 纯对映体中局部簇的一部分：柱“正确”螺旋扭曲，但其中一半包含不利扭曲的分子。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/jacs.3c06164