固态光开关材料及其在先进防伪油墨和超分辨成像中的应用
光致变色是指由于光照前后分子结构改变，材料的吸收光谱发生可逆变化的现象。近年来，光致变色材料在光学数据存储、安全墨水及生物成像等领域具有潜在的应用，受到了各国研究人员的广泛关注。螺吡喃是有机光致变色材料中研究最早、最广泛的体系之一，通常情况下，螺吡喃溶液在紫外光照下会发生光致异构化反应，形成共轭的部花菁结构。该光致异构反应需要存在一定的自由空间来发生顺反异构过程，然而在分子紧密堆积的固态条件下，由于聚集态螺吡喃分子没有足够的自由空间，因此很难发生光致异构反应，在很大程度上限制了此类光致变色材料的实际应用。相比传统的溶液光致变色材料，目前已知的固态光致变色材料数量极少，因此开发具有固态光致变色性能的材料已成为化学与材料领域重要的挑战。
吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的田文晶教授及徐斌副教授研究团队与华中科技大学的朱明强教授及新加坡科技设计大学的刘晓刚助理教授合作，报道了一种固态荧光开关材料。研究者将具有扭曲共轭结构的二苯乙烯基蒽分子与两个螺吡喃分子通过共价键非共轭相连，得到了一种新型的固态光致变色材料。在光和热的可逆刺激下，其固态粉末的颜色及荧光都会发生肉眼可见的明显变化。研究发现，给体二苯乙烯基蒽的荧光光谱和开环受体部花菁的吸收光谱有很大的重叠，且给受体之间距离非常接近，因此在光照后会发生能量转移过程，他们进一步通过激发及瞬态吸收光谱验证了该过程。此外，扭曲的二苯乙烯基蒽自身产生的空间位阻效应不仅能为螺吡喃的光化学异构反应提供足够的自由空间，而且还会和开环部花菁之间形成分子内氢键来进一步促进光开环反应。作者将这类具有独特固态光刺激响应变色特性的材料用于荧光防伪油墨和超分辨成像，取得了非常好的效果。该研究工作有望推动固态光开关材料的进一步发展。
这一研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，并被选为封面文章。
论文链接：
http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b07738
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