将分子自组装成有序结构对于开发新材料具有很高的价值。此类材料中值得注意的一类是溶致发色液晶(LCLC)，它是两亲性π电子分子的分子组装体，具有吸水和疏水部分。

“溶致性”是指液晶相取决于溶剂中分子的浓度，而“发色性”则表示这些分子堆积成柱状组装体。在溶剂中，这些结构通过π-π相互作用和疏水效应稳定。此类组装体的例子包括人体中核酸的稳定和染料分子的组装。

立命馆大学的HiromitsuMaeda教授及其团队一直在探索构建类似分子组装体的新方法。15多年前，他们开始研究涉及带相反电荷的π电子系统的离子配对组装体，并于2019年发表了关于卟啉AuIII复合物离子配对组装体的首批研究成果。

在一项发表在《应用化学国际版》杂志上的研究中，由日本国家材料科学研究所的Maeda教授、KojiHarano博士和日本理化学研究所的YasuhiroIshida博士组成的研究小组阐明了一种组装LCLC的新方法，其中分子通过静电和色散力(称为iπ-iπ相互作用)来稳定，从而形成可在磁场中定向的逐电荷柱状结构。

“我们在15多年前就开始研究带电π电子系统的离子配对组装。π电子离子配对组装的化学性质和两亲组装的化学性质的结合启发了我们设计两亲带电π电子系统，”Maeda教授说。

LCLC组装体由带正电的卟啉AuIII复合物(1au+)与五氰基环戊二烯(PCCp⁻)阴离子在水中配对而成，在水中作为溶剂。亲水性三乙二醇(TEG)链被添加到复合物中，以稳定水中的结构。

TEG单元由多个乙二醇片段组成，与水形成氢键，有助于复合物的水合。使用同步加速器X射线衍射(XRD)和偏光显微镜(POM)等技术研究了组装的分子，结果表明1au+通过iπ–iπ相互作用与-PCCp-阴离子堆叠而成的有序排列。

对于此类分子的组装，选择正确的离子对非常重要。研究人员还测试了带正电的卟啉AuIII复合物和带负电的氯离子之间是否可以形成组装体。然而，在这种配置中，带正电的1au+离子之间的静电排斥阻止了离子聚集在一起形成稳定的聚集体。

在高离子对浓度(75–40%)下，1au+-PCCp-离子对形成高度有序的六方柱状(Colh)结构。然而，随着离子对浓度的降低，结构变得不那么有序，在浓度约35%时转变为向列柱状(Ncol)相。

在极低的离子对浓度(低于15%)下，该结构完全分散，失去液晶性质。然而，冷冻干燥后，观察到单链电荷对电荷组装体，表明1au+-PCCp-的电荷用于通过iπ–iπ相互作用进行组装，而不是用于水合。

由于分子在每个相中的排列方式不同，它们的光学特性会根据所形成的相而变化。在低离子对浓度下，1au+-PCCp-离子对会失去液晶结构并变得光学各向同性，与光均匀相互作用。相反，有序的Colh和Ncol相表现出光学各向异性，根据视角对光的反应不同。这使得设计具有特定光学特性的材料成为可能。

1au+-PCCp-的柱状结构表现出各向异性的磁化率，这意味着它对磁场的反应取决于磁场相对于其结构的方向。

利用这一特性，研究人员成功地调整了结构方向，实现了他们想要的排列。通过在磁场下干燥1au+—PCCp-，他们实现了两种不同的配置：一是在静态磁场下的水平方向，二是在旋转磁场下的垂直方向。

此外，组件的方向会随着温度的变化而变化。在60°C的温度下，研究人员注意到由于脱水，Colh相由Ncol相形成。这种材料的刺激响应行为非常有利，因为它可以创建具有理想电子和光学特性的材料。

“π电子分子的排列对于生产新的电子材料和设备至关重要。铁电性等特性可以通过组成分子的组装模式来控制，”前田教授说。“我们的研究通过展示带电π电子系统的排列，揭示了分子组装的新特征，从而产生了更加有序的结构。”

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