本文来自微信公众号：XMOLNews 有序与无序，一直是一个哲学论题。无论是西方哲学的创世纪，还是东方神话故事盘古开天混沌初分，世界仿佛都在从无序走向有序。然而，身处其中，我们又总是感慨人生无常。在有序与无序的纠葛中，有的人痛苦，有的人迷茫，有的人向死而生，有的人鼓盆而歌。 图片来源：B站《确实该聊聊》罗翔papi酱LKs〔1〕 从无序中寻找有序，也一直是科学家们研究的课题。1704年，法国发明家SbastianTruchet描述了一种瓷砖平铺方案〔2〕。基本组成单元为沿对角线分成黑白两个三角形的方形瓷砖，通过周期排列或非周期排列，可以得到看似有序或无序的不同图案。 Truchet图案。图片来源：Wikipedia〔3〕 目前，Truchet图案已有很广泛的应用，例如周期性空间覆盖、非对称性装饰、抽象策略游戏、条形码和二维码、二进制信息存储等等。 代表性的Truchet图案及应用。图片来源：Science 在化学及材料科学领域，晶体材料结构的特点是周期排列，长程有序，而无定形材料则是无序任意分布的。在这两者之间，其实还有很多中间地带。是否可以通过分子设计，像二维码一样，在看似无序的结构中创造出秩序，实现原子级的Truchet排列呢？ 近日，英国牛津大学AndrewL。Goodwin和澳大利亚悉尼大学CameronJ。Kepert等研究者在Science杂志上发表论文，利用金属有机框架（MOF）在原子水平实现了复杂三维Truchet排列。他们合成了一种MOF材料（TRUMOF1），晶体结构包含周期性排列的相同含锌簇，同时含锌簇以一种明确但无序的方式均匀连接，形成了在拓扑上非周期性的微孔网络。该团队认为，这种不寻常的结构归因于其化学构筑单元的几何阻挫（geometricfrustration）。网状化学结构，将周期性和非周期性原子排列结合在一起，所包含的化学信息要丰富得多，或许可为功能材料的设计提供新的启发。 由MOF单元连接形成的非周期性网络结构示意图。图片来源：Science〔4〕 研究者设计的TRUMOF1是一种由含锌簇〔OZn4〕和1，3苯二甲酸构成的MOF材料。其独特之处在于，含锌簇呈现周期性排列，而作为连接子（linker）的1，3苯二甲酸却呈现出近似随机的排列，在整个晶体中以一种明确但无序的方式均匀连接，形成了一个非周期性的拓扑微孔网络。换句话说，TRUMOF1集有序与无序于一身，每个节点都是有序的，而微孔空间网络则是无序的。正如Truchet瓷砖，尽管组成单元都完全相同，然而只需旋转角度，就能排列出非周期拓扑结构。 TRUMOF1的晶体结构。图片来源：Science X射线衍射表明，含锌簇位于 立方晶胞的顶点和面心位置，形成有序晶格，而连接配体1，3苯二甲酸则具有三种不同的取向。X射线漫散射经常用来表征晶体材料中的无序结构，测试结果显示出配体三种取向的平均状态，结果与DFT模拟计算完全吻合。 TRUMOF1晶体学表征及计算模拟。图片来源：Science 研究者尝试使用原子探针层析和固态核磁共振技术进行表征，然而非周期的网络结构更像是一座迷宫，使解谜过程变得异常复杂。我几乎花了整个博士时间来了解这个结构，本文一作EmilyMeekel说〔5〕。该工作显示出使用创造性思维来破译复杂秩序的力量，同期Science杂志上的评论文章如是说〔4〕。 无序的孔隙网络结构。图片来源：Science Truchettilestructureofatopologicallyaperiodicmetalorganicframework EmilyG。Meekel，EllaM。Schmidt，LisaJ。Cameron，A。DavidDharma，HunterJ。Windsor，SamuelG。Duyker，AriannaMinelli，TomPope，GiovanniOrazioLepore，BenSlater，CameronJ。Kepert，AndrewL。Goodwin Science，2023，379，357361。DOI：10。1126science。ade5239 参考文献： 〔1〕【罗翔Xpapi酱XLKs】聊聊自己。28岁的我只有一碗粉【确实该聊聊】 https：www。bilibili。comfestivaltalktalk？bvidBV1Wd4y1Q7PTspmidfrom333。337。searchcard。all。click 〔2〕S。Truchet，Mmoirsurlescombinasions。Mm。Acad。R。Sci。（Paris）1704，363372。 〔3〕Truchettiles https：en。wikipedia。orgwikiTruchettiles 〔4〕O。YaghiZ。Rong，Decodingcomplexorderinreticularframeworks。Science2023，379，330331。DOI：10。1126science。adf0261 〔5〕Twitter https：twitter。comemilymeekelstatus1618896647551066112
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