法国斯特拉斯大学Thomas Hermans 课题组最近报道了使用光驱动氧化还原反应控制苝二亚胺(perylendiimide, PDI) 超分子自组装。在光驱动下超分子聚集体解组装成单体， 单体在空气中氧化恢复其组装体。该课题组使用‘直接聚集体效应’ 和‘节接光催化剂’方法分别实现了2个电子在中性PDI 和二价阴离子PDI₂^– 间进行可逆转移。该其研究可以进一步用于在空气中光诱导萘二甲酰亚胺所有衍生物(rylene diimide)的电子转移，例如 萘二甲酰亚胺(naphthalene diimide),甚至适应于亚甲基蓝(methyl viologen)。

苝二亚胺(PDI)因为其出色的光热稳定性和高效的电子流动性，尤其缺电子体让其容易接受电子并产生稳定的一价阴离子自由基 （PDI^•–）。这些性质使其成为广泛用于有机半导体，光解水，或是作为光热理疗中的红外吸收体，或是作为光催化剂。但是目前只有一个电子实现了光诱导转移，并且仅在无氧条件下，而两个电子的转移只有通过化学氧化还原（Na₂S₂O₄）或是电化学氧化还原。光诱导两个电子的转移，尤其在空气中，目前还没有被探索。一些通过有机合成引入拉电子基团在空气中稳定PDI₂^–， 但是对于构建高效的光响应材料并不现实。因此在空气中探索光诱导稳定的PDI₂^– 提供静电斥力尤为必要，并且也可以用于光催化和有机半导体器件中。

最近 PDI 作为基本单元被用来构建耗散性自组装体，中性PDI 聚集为组装体，当被还原成PDI₂^– 导致其解组装。例如Hermans课题组最近用PDI化学氧化还原构建了动态耗散性超分子材料，通过精确调控氧化还原速度成功实现了超分子振荡或是前沿动态超分子聚合。现在如果使用光氧化还原替代化学氧化还原，时空精确调控耗散性组装体便有望实现，这将使进一步构建仿生材料成为可能。因此，Hermans组开展了PDI在空气中使用光高效诱导2个电子的转移的研究（避免繁琐的冷冻泵解冻除氧过程）。

在研究‘直接聚集体效应’中 PDI 衍生物首先被光激发，然后在无氧条件中得到两个电子形成PDI₂^–，而目前报道的却只有一个电子可以转移。在该报导中，2个电子的转移主要归因于电子在组装体中的离域作用。一个电子首先从电子给体三乙醇胺 （donor）转移到激发态的PDI形成PDI^•–, 紧接着得到另一个电子形成PDI₂^– （Fig. A）。后者如果在无氧的条件下会一直处于还原的状态。但是如果引入氧气其会立刻被氧化并形成聚集体。整个电子的转移过程可以用紫外光谱进行跟踪，甚至也可以通过样品的颜色进行判断 (Fig. B)；随着光还原的进行，中性粉色的PDI会变成蓝色的PDI^•– ，最终停止在紫色的PDI₂^–。光驱动解组装的过程也可以通过共聚焦显微镜进行可视化 (Fig. C)。但是苛刻的无氧条件和繁琐的除氧过程并不是构建动态耗散性的理想条件，于是Hermans组进一步引入了丙酮作为 ‘节间’光催化剂，即使在有氧的条件下， PDI依然被高效还原为PDI₂^– （Fig. D）。这一方法同时可以广泛的运用于其它染料分子的光氧化还原，例如，萘二甲酰亚胺 （NDI）或是 亚甲基蓝（MV2+），其可以被用来开发更多的光可控超分子自组装材料。