Angew. Chem. :八极斯坦豪斯加合物实现超快且耐疲劳的固态光致变色

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给体-受体斯坦豪斯加合物(Donor-Acceptor Stenhouse Adducts,DASAs)是一类新型的光致变色化合物,可以在可见光与热的作用下在有色链状(linear)与无色环状(cyclic)间往复切换,自2014年由Alaniz等人发现以来,受到了研究者们的广泛关注,尤其是在光控表面处理、药物递送、光学信息加密与流体控制等众多领域具有潜在的应用价值。


然而,与其他光致变色化合物类似,虽然DASAs在溶液中具有优异的光开关能力,但是DASAs在固态聚合物基质中的光致变色速率较慢甚至被抑制,且抗疲劳性能差,这限制了其实际应用。


近日,中山大学余丁山教授、广东工业大学陈旭东教授、东南大学李全院士团队合作,通过构筑八极给-受体结构,设计并合成了一系列支化结构的八极斯坦豪斯加合物(Multi-Branched Octupolar Stenhouse Adducts,MOPSAs),在聚合物基质中实现了超快、可逆的可见光光致变色,具有优异的抗疲劳性,并挖掘了其在冷链运输防伪及断链指示和光学信息加密中的应用。



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优选的MOPSA-1分子在热塑性聚氨酯(TPU)薄膜中,在550 nm光照下,褪色只需6秒;在60 °C加热时,恢复着色仅需17秒,光致变色性能优于传统DASA;并且在500次褪色-恢复循环后,仍能保持67%的吸光度,这超过目前所有已报道的DASA分子在固态基质中的抗疲劳性能。


理论计算研究和实验结果表明,相较于偶极DASA分子,具有多支八极结构的MOPSA分子,能够发挥其独特的空间几何效应和电子调制效应,不仅使其在聚合物基质中能够诱导大的自由体积以促进其在聚合物基质中的异构,还能通过调控电子结构和分子内氢键作用来促进异构。

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值得注意的是,MOPSA的产率高达91%,可以在实验室内大量合成,且可通过简单的共混法和溶液浇筑法,实现基于MOPSA的光致变色TPU薄膜的大面积制备。得到的光致变色薄膜可以在冷链运输中作为防伪标签用于冷链断链指示和货品防伪,也可以用于多维光学信息加密。该工作不仅构筑了一类可实现超快可逆、抗疲劳性能好的可见光光致变色的新型有机光开关,还为克服光致变色分子在固体基质中光致变色性能较差这一局限提供了新的思路,从而提升了其在众多领域中的实际应用价值。

文信息

Robust, Ultrafast and Reversible Photoswitching in Bulk Polymers Enabled by Octupolar Molecule Design

Long Fang, Ziwei Lin, Yang Zhang, Bin Ye, Jing Li, Qishan Ran, Xiaotong Wang, Meijia Yang, Prof. Zhongke Yuan, Prof. Xiaofeng Lin, Prof. Dingshan Yu, Prof. Xudong Chen, Prof. Quan Li

文章的第一作者是中山大学化学学院的博士研究生房龙和博士研究生林紫薇。


特别感谢国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、中央高校基本科研业务费的资助。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202402349



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