化工學(xué)院曹麗慧教授課題組在《Angew. Chem. Int. Ed》上發(fā)表手性多功能晶態(tài)材料的研究成果

光致變色信息加密材料是依賴于外部刺激（光、溫度、壓力、pH等）發(fā)生可逆顏色/形態(tài)變化的功能化響應(yīng)性材料，其被認(rèn)為是未來(lái)多重高級(jí)加密防偽方面最具有潛力的智能材料候選者之一。但是將低溫作為響應(yīng)刺激源開(kāi)啟光致變色并且與圓偏振發(fā)光有機(jī)融合的固態(tài)多功能加密材料少有文獻(xiàn)報(bào)道。低溫刺激相比于室溫或者高溫刺激來(lái)說(shuō)更為苛刻，解密難度要更大，這是一把更優(yōu)的鑰匙選擇。信息解密要在特定的設(shè)備下或者場(chǎng)所才能滿足刺激響應(yīng)的需求，從而打開(kāi)信息解密的安全鎖。由于光致變色加密材料在極端低溫條件下會(huì)抑制基態(tài)（S₀）電子躍遷到激發(fā)態(tài)（S₁）。這需要加密材料在極低的溫度依然具有一定的電子激發(fā)為光致變色提供所需的能量供應(yīng)。另外，還要有穩(wěn)定的低溫自由基激發(fā)和超分子手性網(wǎng)絡(luò)兩者共同來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的顯色性和圓偏振性。因此，將低溫刺激響應(yīng)的光致變色和圓偏振發(fā)光有機(jī)融合構(gòu)筑多功能固態(tài)雙重信息加密材料仍是目前的研究難點(diǎn)。

近日，我校化工學(xué)院曹麗慧教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)離子型氫鍵有機(jī)框架（iHOFs）具有豐富的氫鍵受體和多樣性的結(jié)構(gòu)框架特性；利用它（分子共軛、質(zhì)子化效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變）不同的光衰減路徑，設(shè)計(jì)得到了R/S-iHOF-19多功能的光學(xué)功能集合體。另外，氫鍵的鍵能要低于共價(jià)鍵的鍵能，更容易實(shí)現(xiàn)局部位點(diǎn)的斷鍵和二次成鍵，達(dá)到對(duì)材料性能的進(jìn)一步精準(zhǔn)調(diào)控。實(shí)現(xiàn)了刺激響應(yīng)型低溫光致變色、熒光、圓偏振發(fā)光等多種光學(xué)功能集成的晶態(tài)手性框架構(gòu)筑。并且探索了R/S-iHOF-19未來(lái)在多重高級(jí)加密防偽方面的潛在應(yīng)用。這項(xiàng)工作代表了為數(shù)不多的低溫刺激響應(yīng)型晶態(tài)手性超分子自組裝材料的系統(tǒng)研究，也表明了離子型氫鍵有機(jī)框架(iHOF)可以作為一個(gè)新的材料設(shè)計(jì)策略，為新材料的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、探索提供可參考的研究模型。相關(guān)工作在《Angew. Chem. Int. Ed》期刊上以“Temperature and Solvent Dual Switch Photochromic Chiral lonic Hydrogen-Bonded Organic Framework for circularly Polarized Luminescence and Advanced Encryption”為題發(fā)表，陜西科技大學(xué)為唯一通訊單位，化學(xué)與化工學(xué)院2024級(jí)博士研究生周斌為論文的第一作者，曹麗慧教授為唯一通訊作者。

本文亮點(diǎn)：

(1). R/S-iHOF-19充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)靈活性和氫鍵的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)材料性能的精準(zhǔn)調(diào)控。通過(guò)調(diào)控結(jié)構(gòu)框架中的溶劑(水和甲醇)分子的得失可以控制光致變色的開(kāi)關(guān)。實(shí)現(xiàn)了具有溫度、溶劑雙重控制的智能響應(yīng)光致變色材料的探索和合成。

(2). (2).R/S-DPEN的手性基團(tuán)通過(guò)與H4TPE自組裝后手性尺度得到放大可以獲得更高的glum值。手性胺陽(yáng)離子的作用使得R/S-iHOF-19具有良好的圓偏振發(fā)光性質(zhì)，并且在溫度降低的過(guò)程中R/S-iHOF-19的圓偏振發(fā)光性能不段增強(qiáng)。通過(guò)氫鍵和離子鍵作用實(shí)現(xiàn)了手性信號(hào)的傳遞和放大。

(3). (3).R/S-iHOF-19首次將離子型氫鍵有機(jī)框架材料應(yīng)用于光致變色和CPL材料交叉領(lǐng)域。將光致變色特性與圓偏振發(fā)光特性集成于同一材料體系中，實(shí)現(xiàn)光響應(yīng)與手性發(fā)光的協(xié)同作用。實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)分子結(jié)構(gòu)中將溫度、溶劑雙重控制的智能響應(yīng)光致變色和圓偏振發(fā)光性實(shí)現(xiàn)完美的集成融合，并對(duì)其構(gòu)效關(guān)系和相互作用機(jī)理進(jìn)行深入的研究和討論。并且，結(jié)合多學(xué)科特性，將光致變色和CPL技術(shù)與信息加密需求匹配，推動(dòng)功能晶態(tài)材料在信息加密領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202504645

課題組網(wǎng)頁(yè)： https://www.x-mol.com/groups/cao_lihui

新聞小貼士：

曹麗慧，陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師；入選陜西省三秦英才特殊支持計(jì)劃-青年拔尖人才、陜西省“科學(xué)家+工程師”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家、陜西省普通高校首批“青年杰出人才”支持計(jì)劃、陜西科技大學(xué)“優(yōu)秀教師”，主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)、省部級(jí)等各類縱向科研項(xiàng)目5項(xiàng)。以第一作者或通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Eng. J.、Sci. China Chem.、Chem. Mater.、ACS Materials Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文30余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利10件。

（核稿：黃文歡 編輯：趙誠(chéng)）