近日，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院王潮霞教授團(tuán)隊在用于多信號輸入分子邏輯的光控型溫致變色開關(guān)研究方面取得重要成果。該成果發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》，題為“Optically Controlled Thermochromic Switching for Multi-Input Molecular Logic”。
三組份溫致變色染料是由隱色體染料、顯色劑以及溶劑構(gòu)成的溫致變色響應(yīng)材料，其因色譜廣、溫變顏色對比度高、循環(huán)性好受到廣泛的關(guān)注以及研究。王潮霞教授團(tuán)隊首次將偶氮苯光響應(yīng)分子引入三組份溫致變色體系，通過偶氮光異構(gòu)特性光控開關(guān)溫致變色功能。本文通過實(shí)驗(yàn)與理論計算結(jié)合的手段，闡明了溫致變色過程光控制的內(nèi)在機(jī)理，也為后續(xù)在多輸入分子邏輯應(yīng)用、廣光譜開發(fā)以及太陽能存儲等領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。基于三組份溫變色染料體系質(zhì)子化變色機(jī)理，通過設(shè)計合成新型偶氮苯分子作為“鎖”，光控開關(guān)隱色體染料與顯色劑分子之間的鍵合作用力。本文以十四烷氧基偶氮苯（AZO(14)）為光響應(yīng)分子，添加到由隱色體染料黑（ADMF），雙酚A（BPA）以及十四醇（TD）構(gòu)成的三組份體系中。依據(jù)紅外光譜監(jiān)控隱色體染料（ADMF）的酯基（閉環(huán)）或者羧基（開環(huán)）結(jié)構(gòu)的位移，證明Z-AZO(14)確實(shí)阻斷了顯色劑分子和隱色體染料的結(jié)合，并通過DFT計算得到Z-AZO(14)與BPA之間的結(jié)合能比E-AZO(n)與顯色劑之間的結(jié)合能，且ADMF與BPA結(jié)合能恰好介于E-AZO(n)與BPA和Z-AZO(14)與BPA之間結(jié)合能之間。因此，AZO(14)的異構(gòu)能夠有效控制BPA與ADMF的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)光控型溫致變色開關(guān)。依據(jù)光控溫致變色體系控制機(jī)理以及顏色變化性能，該論文展示了多輸入分子邏輯的信號輸入以及輸出形式。在此邏輯體系中，輸出結(jié)果不僅僅依賴于輸入信號的種類，而且受到輸入信號順序的影響。偶氮苯光異構(gòu)是針對顯色劑分子的控制，不限制隱色體染料的選擇，因此可適用了大部分三組份變色體系，從而可以達(dá)到廣色域的目的。此外，偶氮苯分子具有光儲能性能，其也有望應(yīng)用于太陽能儲能領(lǐng)域。該論文第一通訊單位為江南大學(xué)，由江南大學(xué)王潮霞教授和查爾姆斯理工大學(xué)Kasper Moth-Poulsen教授為該論文的通訊作者，江南大學(xué)博士生費(fèi)良為該論文的第一作者。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金和歐洲研究委員會等基金資助。近年來王潮霞教授團(tuán)隊在新型光致或溫致響應(yīng)材料方面取得了一系列研究成果，相關(guān)研究成果以通訊作者在Angew. Chemie - Int. Ed.（2022），J. Am. Chem. Soc.（2020），Adv. Funct. Mater.（2020），Energy Storage Mater.（2021）等權(quán)威期刊發(fā)表高水平論文。
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