材料在压力作用下可出现不同的响应行为，如硬化、压缩性、光学性质改变等，依此设计出具有优异力学、机械以及发光性能的材料，是设计新型功能材料的重要途径。本文将介绍课题组近年来在新型压致响应功能晶体材料研究中取得的进展，基于碳及碳骨架分子，设计不同的碳基分子共晶，利用高压技术，设计构筑出系列具有潜在超硬特性、负体积压缩性的材料以及反常压力响应的发光材料。

烟酰胺, 又称为维生素PP, 是辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成部分, 是许多脱氢酶的辅酶。 庚二酸是一种广泛使用的共晶体前体。 烟酰胺与庚二酸形成的药物共晶体具有两种不同的多晶型, 分别为晶型Ⅰ和晶型Ⅱ。 不同的药物晶型常常具有不同的物理化学性质, 这些差异可能会对药物的溶出速率、 稳定性以及药效具有较大影响, 因此在药物领域中寻找合适的技术手段鉴别药物的不同晶型非常重要。 利用太赫兹时域光谱在室温下对烟酰胺-庚二酸的两种共晶体在0.2～2.2 THz范围内进行检测, 发现两者的特征吸收峰具有明显的差异, 晶型Ⅰ在1.51, 1.73, 1.94, 2.01和2.17 THz有五个特征吸收峰, 其中在1.94, 2.01和2.17 THz处是三个吸收强度较大的峰, 而晶型Ⅱ在1.66, 1.74, 1.88, 2.02和2.16 THz有五个特征吸收峰, 与晶型Ⅰ不同的是在2.02和2.16 THz处有两个强度较大的吸收峰。 利用密度泛函理论对烟酰胺-庚二酸两种共晶体进行理论计算, 计算结果表明实验峰与理论峰基本对应, 对吸收峰指认归属表明特征吸收峰来源于分子骨架的振动与包含氢键的振动。 研究结果表明太赫兹时域光谱技术对于区分药物共晶体的多晶型现象具有重要的应用。

使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)、 傅里叶红外光谱(FTIR)和傅里叶拉曼光谱(FT-Raman)技术在室温下对γ-氨基丁酸(GABA)、 苯甲酸(BA)及其研磨和溶剂共晶体进行表征分析。 FTIR, FT-Raman及THz光谱都能够分辨原料物质及GABA-BA共晶体。 其中THz实验结果显示了GABA-BA研磨和溶剂共晶体位于0.93, 1.33, 1.57 THz的吸收峰明显区别于原料物质, 这体现了不同物质在THz波段具有明显的指纹特征。 为确认GABA-BA共晶体的晶型结构, 分别采用FTIR和FT-Raman光谱进行光谱归属。 通过FTIR的光谱归属推断GABA-BA共晶体由GABA中的氨基H23和BA中的羰基O1构成第一个氢键, 氨基中的N18结合BA中的羟基H15形成第二个氢键。 FT-Raman光谱中, 原料物质GABA中位于576, 886, 1 250, 1 283, 1 337, 1 423和1 470 cm-1处归属于—CH2, —NH2弯曲振动的Raman散射峰在GABA-BA共晶体内消失, 判定GABA中的氮原子N18亦可作为氢键受体, 从而验证了GABA-BA共晶体的晶型结构。 此外, 为了进一步说明溶剂pH值对GABA-BA共晶体的形成条件的影响, 利用THz-TDS, FT-Raman光谱确认了该共晶体在溶剂条件2.00≤pH≤7.20可稳定地生成。 这一研究结果同时也为利用THz-TDS, FT-Raman光谱技术辨别固体物质晶型结构、 晶型形成条件提供了实验及理论依据。