1、背景介绍：水在生物大分子和软纳米材料的生理活动中起着至关重要的调节作用，从支撑细胞骨架到物质运输，其功能往往高度依赖于水合程度。然而，由于生物大分子在构象亚态间不断波动，要在微观层面明确水对结构和动力学的具体贡献仍具有挑战性。为了系统地探索水合作用如何调控材料动力学，华南理工大学殷盼超教授团队采用了单分散的、结构明确的多孔有机纳米笼（POCs）作为模型系统。该研究旨在通过解析POCs在不同水合水平下的多级松弛动力学，揭示水调节的“动力学转变（Dynamical Transition）”机制。

2、成果简介：本研究发现，具有柔性骨架的多孔有机纳米笼（POC1）的物理状态对环境湿度高度敏感，随水合水平增加可实现从脆性玻璃态（POC1g，Tg~61°C）到弹性体（POC1m，Tg~6°C）再到高粘度流体态（POC1w，Tg~-50°C）的多态转变。通过宽频介电谱（BDS）研究，团队揭示了水分子作为关键结构单元诱导的“动力学转变”机制，并提出将其作为解读该材料类蛋白物理变性及仿生抗冻行为（热滞后现象）的“指纹信息”。基于此微观理解，团队开发出的POC1m固态锂离子电解质展现出优异的机械柔韧性、高离子电导率（3.07x10-4S cm-1）及宽电化学稳定窗口（2.5 V）。

3、图文导读：

图1. 柔性笼状POC1的湿度可调力学性能和抗冻活性。(a) POC1/POC2的化学结构。(b)水链在POC1的纳米通道中形成。(c) POC1在不同湿度条件下的DSC测量结果。(d) POC1玻璃态、弹性体和粘流态的宏观照片。(e)和(f)是利用In-situ WAXS监测POC1w的冻结和解冻过程。

图2. 结构水决定了玻璃态POC1的短程有序性和热致变形。In-situ WAXS监测(a) POC1m到POC1g的结构转变和(b) POC1g的玻璃化转变过程。(c) 分子动力学模拟证实结合水在支撑笼状骨架中的关键作用，脱水会导致骨架折叠和“变性”。

图3. 通过BDS阐明的防冻剂POC1中的多级弛豫动力学和水合耦合粘弹性。(a) POC1m模量损失随频率和温度变化的三维图。(b) 根据BDS实验推导出的POC1g、POC1m和POC1w的弛豫速率随温度的变化。(c) POC1g、POC1m和POC1中介电振幅和𝛥𝜀β的温度依赖性。

图4. POC1m在固态锂电解质中表现出的水合可调粘弹性和增强的离子电导率。展示了POC1m的储能模量、拉伸性能（断裂伸长率180%）以及作为固态电解质的电化学性能（EIS、CV、GCD），证明了其在柔性电子器件中的应用潜力。

文章信息：Cai L, Sun W, You W, et al. Dynamical transition of soft porous organic nanocage: The fingerprint of water-regulated ion conduction and viscoelasticity. Nano Research, 2026, 19(4): 94908366. https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908366