【人物与科研】中山大学潘梅教授课题组：二噻吩乙烯基光致变色笼的配位–共价转化，光异构化动力学和逻辑门应用

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导语

由于具有光诱导的开环和闭环异构化性质，二噻吩乙烯（DTE）型光致变色材料在开关器件、光学存储器、光电子学、磁学、生物成像和治疗等领域有着广泛的应用。近日，中山大学潘梅教授课题组用含二噻吩乙烯单元的二醛（PADTE）和两种三脚架的胺（Tren或Trpn），借助金属离子配位的预取向作用，得到了A₂L₃M₂型配位笼，再用 NaBH₄还原脱去金属得到具有光致变色性质的共价有机笼，并将其与镧系上转换材料杂化，利用有机笼可逆的光异构化性质作为超分子开关，构造了具有多个输出（肉眼可视和仪器可读）的AND和NAND逻辑门系统。相关成果在线发表于Chem. Sci.（DOI: 10.1039/D0SC03290E）。

潘梅教授简介

潘梅，中山大学化学学院教授，博士生导师。1998和2001年分别于山东大学化学院和晶体所获得本科和硕士学位，2004年于中科院上海技术物理研究所获得博士学位，2006年进入中山大学化学学院工作。目前主要开展发光功能金属-有机超分子的结构、机制与性能研究。在JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem、Nat. Commun.、Chem. Sci.等发表通讯/第一作者论文80余篇，他引超过4000次，H指数39。获授权国家发明专利5项，国家自然科学二等奖1项。担任中国晶体学会青年工作委员会主任，Inorganic Chemistry Communications主编，《高等学校化学学报》、Chemical Research in Chinese Universities和《发光学报》青年编委。

前沿科研成果

二噻吩乙烯基光致变色笼的配位–共价转化，光异构化动力学和逻辑门应用

由于具有光诱导的开环和闭环异构化性质，二噻吩乙烯（DTE）型光致变色材料在开关器件、光学存储器、光电子学、磁学、生物成像和治疗等领域有着广泛的应用。其中，利用 DTE 的光响应特性在分子或超分子水平上构建复合逻辑操作系统是一个很有意思的研究方向。为此，人们设计了各种有机物、金属有机化合物、超分子或杂化体系。然而，很少有研究者用“一锅法”自组装策略得到光致变色配位笼，然后还原和脱金属生成共价有机笼（COCs），从而将多个DTE单元集成到一个有机体系结构中实现光响应方面的应用。本文首先通过金属模板法自组装构建了A₂L₃M₂型配位笼，然后去金属化得到纯共价有机笼，进一步与上转换材料杂化后，构造了光致变色复合逻辑门系统（图1）。

图1. 用于光致变色逻辑门的共价有机笼策略：金属模板法自组装-去金属化-杂化

（来源：Chem. Sci.）

作者首先以Zn(II)或Cd(II)为模板，通过二醛PADTE和三胺（Tren或Trpn）构建了A₂L₃M₂型金属-有机配位笼，然后用NaBH₄还原亚胺键的同时脱金属，得到纯共价有机笼。

图2. 光致变色共价有机笼的组装过程

（来源：Chem. Sci.）

进一步通过溶液核磁、紫外-可见吸收光谱和单晶衍射，证明了笼子在紫外光照射至光稳态时，三个PADTE单元中只有一个是闭环的。研究和比较了配体、配位笼和共价有机笼在开环和闭环两种状态之间的光转化动力学。

图3. 配体、配位笼和共价有机笼在开环和闭环状态之间的光转化动力学

（来源：Chem. Sci.）

最后，将纯共价有机笼与镧系上转换材料杂化后，利用杂化材料中纯共价有机笼的光异构化过程作为超分子开关，构造了具有多个输出（肉眼可视和仪器可读）的AND和NAND逻辑门，实现了光致变色有机笼及其杂化材料在光响应领域的应用。

图4. 光致变色有机笼及其杂化材料的应用

（来源：Chem. Sci.）

该工作以“Coordinative-to-Covalent Transformation, Isomerization Dynamics, and Logic Gate Application of Dithienylethene Based Photochromic Cages”为题发表在Chem. Sci.（DOI: 10.1039/D0SC03290E）上，第一作者为中山大学张建华博士生。通讯作者为潘梅教授和苏成勇教授（论文作者：Jian-Hua Zhang, Hai-Ping Wang, Lu-Yin Zhang, Shi-Chao Wei, Zhang-Wen Wei, Mei Pan, Cheng-Yong Su）。

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