李昊和陈洪亮课题组合作JACS：实验证实氙气识别主要依赖色散力

氙气（Xe）是一种化学性质极其稳定的惰性气体，但其核磁共振（NMR）信号对周围环境异常敏感。借助“超极化”技术，其信号强度可增强上万倍，使氙气成为生物传感和磁共振成像（MRI）领域极具潜力的探针。然而，在溶液环境中利用人工合成的“分子笼”高效捕捉氙气，一直面临重大挑战：。氙是一种非极性、高度对称的原子，缺乏极性识别位点。

为攻克这一难题，超分子化学家设计并合成了一系列大环或笼状分子，利用其空腔与氙原子的尺寸高度匹配，在固相或溶液中实现对氙的识别与存储。基于氙的非极性特性，学界普遍认为，氙的识别主要依赖于主体与氙原子之间的色散力（London dispersion force）。尽管这一猜想合理，但长期以来缺乏实验证据——化学家难以明确证明或证伪色散力究竟在氙识别中扮演多重要的角色，抑或其识别仅仅只是疏溶剂效应的结果。

针对这一科学问题，浙江大学研究团队通过在主体分子的框架上引入氟原子，从而实现氙的识别。虽然独立的氟原子被认为难以被极化，但是在分子中，氟原子通过诱导效应，从分子的其他原子上吸收电子。电荷密度的提高使其容易发生电子云极化，从而依靠分子F-Xe作用驱动笼子分子空腔识别氙原子。而通过自组装的模块化合成，可以高效的合成一系列结构和尺寸相似、仅在氟原子数量和位置上存在差异的四面体笼状分子。系统的比较研究揭示出清晰的构效关系：当分子笼骨架不含能提供色散力的氟原子、氟原子数量不够多、或者氟原子的位置处于空腔外侧时，分子笼皆无法识别氙气。从而首次通过实验证明了氙的识别主要为色散力驱动。为未来基于超极化¹²⁹Xe的生物传感与成像平台提供了明确的设计原则。

该工作发表于美国化学会志（DOI: 10.1021/jacs.6c04503）。第一作者为浙江大学2026届硕士研究生卢雨央，通讯作者包括浙江大学化学系李昊研究员和陈洪亮研究员。

图文：李昊教授课题组

编辑：黄珍珍 邹尔纯

审核：陆展