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刺激響應(yīng)型發(fā)光材料是一類典型的智能材料，具有在光、熱、機(jī)械力、電等外界刺激響應(yīng)下可調(diào)節(jié)的發(fā)光特性。它們在化學(xué)、物理、材料和生物科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注，并在傳感、成像、光學(xué)器件、防偽、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和智能機(jī)器人等領(lǐng)域得到了深入的研究。其中，光刺激響應(yīng)發(fā)光材料具有非接觸、可遠(yuǎn)程操控等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的光響應(yīng)材料在稀溶液中通常具有可控的光響應(yīng)性質(zhì)，但在固體狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)高效的光響應(yīng)發(fā)光往往需要光響應(yīng)基元滿足精確的幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和特定的空間排列，并且需要較大的自由空間為光異構(gòu)/光二聚等化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化提供足夠的空間。雖然一些有效的策略（如，將光響應(yīng)基團(tuán)封裝或修飾到多孔材料、摻雜或接枝到聚合物基質(zhì)等）可以實(shí)現(xiàn)材料的固態(tài)光響應(yīng)發(fā)光調(diào)控（圖1a），然而，這些方法制備過程復(fù)雜，難以平衡分子結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)和激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系，使得其固態(tài)光響應(yīng)發(fā)光效應(yīng)難以預(yù)測。因此，如何開發(fā)高效的固態(tài)光響應(yīng)發(fā)光體系和策略仍然是亟待解決的問題。

近日，復(fù)旦大學(xué)朱亮亮教授、常州大學(xué)吳大雨教授和汕頭大學(xué)李明德教授合作在Angew上發(fā)表了題為“Single-Luminophore Molecular Engineering for Rapidly Phototunable Solid-State Luminescence”的研究論文，報(bào)道了一種新的分子設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了快速可調(diào)的固態(tài)光響應(yīng)發(fā)光。該策略涉及三個(gè)關(guān)鍵因素（如圖1b所示）：1）設(shè)計(jì)了一種新型不對稱多硫芳烴發(fā)光體，該發(fā)光體具有光激發(fā)誘導(dǎo)的分子構(gòu)象變化能力；2）將發(fā)光體轉(zhuǎn)化為離子物種，以隔離相鄰的發(fā)光體分子，為其構(gòu)象變化提供足夠的空間；3）引入弱的脂肪族C-H???π相互作用，以進(jìn)一步精細(xì)調(diào)節(jié)構(gòu)象自由度。

圖1. a) 已報(bào)到的用于開發(fā)固態(tài)光響應(yīng)發(fā)光材料的策略示意圖。b)文中提出的開發(fā)新型固態(tài)光響應(yīng)發(fā)光材料的分子設(shè)計(jì)策略和機(jī)理示意圖。

在固態(tài)下，特別是在晶體狀態(tài)下，連續(xù)的紫外光照射能夠迅速（約20秒內(nèi)）增強(qiáng)其室溫磷光（RTP）強(qiáng)度并達(dá)到光穩(wěn)態(tài)（約18倍）（圖2）。此外，光激發(fā)不僅增強(qiáng)了其發(fā)光，還引起了晶體的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)，如晶體的定向破裂和彎曲（圖2）。這種顯著的光刺激引起的RTP增強(qiáng)現(xiàn)象以及隨后的宏觀晶體破裂和彎曲與光激發(fā)引起的分子構(gòu)象變化和分子運(yùn)動(dòng)有顯著關(guān)系。作者通過光照前后的晶體結(jié)構(gòu)分析、DFT理論計(jì)算并結(jié)合多種對比化合物的光刺激響應(yīng)性質(zhì)對比闡明了其內(nèi)在機(jī)理。

圖2. 文中報(bào)道化合物的固態(tài)光響應(yīng)發(fā)光性質(zhì)和宏觀晶體破裂/彎曲現(xiàn)象

此外作者還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將該化合物摻雜到聚合物基質(zhì)中時(shí)，隨著光照時(shí)間的增長，仍可以看到逐漸增強(qiáng)的室溫磷光增強(qiáng)現(xiàn)象（圖3）。而且撤去光激發(fā)后，可以觀察到持續(xù)4秒的動(dòng)態(tài)余輝發(fā)光現(xiàn)象。這種雙重光刺激引起的動(dòng)態(tài)發(fā)光調(diào)控使其在數(shù)據(jù)加密和防偽領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

這項(xiàng)研究的成果不僅在學(xué)術(shù)上具有重要意義，而且對于未來的技術(shù)應(yīng)用也具有啟示作用。它不僅為開發(fā)新型固態(tài)光刺激響應(yīng)智能材料提供了新的思路，也為理解光響應(yīng)材料的工作原理提供了新的視角。

圖3. 文中報(bào)道的化合物摻雜到聚合物基質(zhì)中的光響應(yīng)余輝發(fā)光現(xiàn)象和在防偽/信息加密領(lǐng)域的應(yīng)用

復(fù)旦大學(xué)朱亮亮教授、常州大學(xué)吳大雨教授和汕頭大學(xué)李明德教授為文章通訊作者，常州大學(xué)青年教師孫浩為論文第一作者。