光 變 色 材 料 領 域 先 行 者
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光控分子開關的開發(fā)及應用研究過程中,全可見光調控一直是人們關注的焦點。常規(guī)光控分子開關通常需要在紫外光激發(fā)條件下進行光調控操作,紫外光激發(fā)存在高耗能、損傷大(光副反應)、穿透性差以及光源相對較貴的缺點,長期使用紫外光激發(fā)會導致分子開關的穩(wěn)定性受損(副產物積累,光致異構可逆性下降)以及相應材料基質的損傷,造成由分子開關構建的先進光學材料使用壽命縮短、性能下降。近期光控分子開關在高分辨生物熒光成像領域的應用研究不斷興起,而光調控過程中副產物的積累會導致熒光信號對比度下降并對生命體產生毒副作用。另外,紫外光激發(fā)高生物毒性和強背景熒光干擾則進一步凸顯了其在實際應用中的弊端。
因此,用更溫和的可見光替代紫外光激發(fā)光控分子開關、拓寬其應用領域是該領域未來發(fā)展的主要目標。二芳基乙烯光控分子開關由于其良好的熱穩(wěn)定性、光轉化率以及快速響應性等優(yōu)點成為了光控分子開關界的明星分子。然而,其可見光光致異構的有效策略卻乏善可陳。
目前,可見光光致變色的二芳基乙烯設計策略主要通過延伸芳基側鏈的共軛體系來實現(xiàn)開環(huán)體激發(fā)波長的紅移,從而實現(xiàn)可見光激發(fā)光致變色。但是,共軛體系的增加會導致光控分子開關的抗疲勞性大幅減弱(穩(wěn)定性下降)、開/閉環(huán)量子效率明顯降低(活性降低甚至失活)。此外,共軛鏈增長也增加了分子設計合成的復雜性和功能的不可預測性,提升了產品研究與開發(fā)的風險。因此,發(fā)展新型高效、簡單可行的可見光調控策略是可見光控分子開關研究領域亟待解決的關鍵性問題。
最近,華東理工大學田禾院士團隊發(fā)表了基于全新策略構建的光開關分子DAE-DT可在420nm與550 nm波長的光激發(fā)下進行可逆光調控。DAE-DT的光致異構行為不僅呈現(xiàn)出與常規(guī)紫外光激發(fā)同樣高效的閉環(huán)量子產率與光環(huán)化反應轉化率,同時展現(xiàn)了很好的抗疲勞性(即可逆循環(huán)性能)。相比于常規(guī)紫外光激發(fā)下的迅速光老化(5次循環(huán)損失過半),三線態(tài)敏化可見光開關可以穩(wěn)定工作至少10個循環(huán)以上(損傷率< 5%),體現(xiàn)了三線態(tài)敏化在光致異構體系設計中的優(yōu)勢。
此外,該光開關在固態(tài)條件下依然能展現(xiàn)出優(yōu)異的可見光光致變色性能,成功實現(xiàn)了全可見光“刻寫—擦除”應用。
復制成功
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