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王潮霞教授团队在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表了用于多信号输入分子逻辑的光控型温致变色开关的原创性研究成果

发布日期:2022-09-20  来源:纺织科学与工程学院   文图:殷允杰 审核:张菁

近日,江南大学纺织科学与工程学院王潮霞教授团队在用于多信号输入分子逻辑的光控型温致变色开关研究方面取得重要成果。该成果发表在《Angewandte Chemie International Edition》,题为“Optically Controlled Thermochromic Switching for Multi-Input Molecular Logic”。

三组份温致变色染料是由隐色体染料、显色剂以及溶剂构成的温致变色响应材料,其因色谱广、温变颜色对比度高、循环性好受到广泛的关注以及研究。王潮霞教授团队首次将偶氮苯光响应分子引入三组份温致变色体系,通过偶氮光异构特性光控开关温致变色功能。本文通过实验与理论计算结合的手段,阐明了温致变色过程光控制的内在机理,也为后续在多输入分子逻辑应用、广光谱开发以及太阳能存储等领域奠定基础。

基于三组份温变色染料体系质子化变色机理,通过设计合成新型偶氮苯分子作为“锁”,光控开关隐色体染料与显色剂分子之间的键合作用力。本文以十四烷氧基偶氮苯(AZO(14))为光响应分子,添加到由隐色体染料黑(ADMF),双酚A(BPA)以及十四醇(TD)构成的三组份体系中。依据红外光谱监控隐色体染料(ADMF)的酯基(闭环)或者羧基(开环)结构的位移,证明Z-AZO(14)确实阻断了显色剂分子和隐色体染料的结合,并通过DFT计算得到Z-AZO(14)与BPA之间的结合能比E-AZO(n)与显色剂之间的结合能,且ADMF与BPA结合能恰好介于E-AZO(n)与BPA和Z-AZO(14)与BPA之间结合能之间。因此,AZO(14)的异构能够有效控制BPA与ADMF的结合,从而实现光控型温致变色开关。

依据光控温致变色体系控制机理以及颜色变化性能,该论文展示了多输入分子逻辑的信号输入以及输出形式。在此逻辑体系中,输出结果不仅仅依赖于输入信号的种类,而且受到输入信号顺序的影响。偶氮苯光异构是针对显色剂分子的控制,不限制隐色体染料的选择,因此可适用了大部分三组份变色体系,从而可以达到广色域的目的。此外,偶氮苯分子具有光储能性能,其也有望应用于太阳能储能领域。

该论文第一通讯单位为江南大学,由江南大学王潮霞教授和查尔姆斯理工大学Kasper Moth-Poulsen教授为该论文的通讯作者,江南大学博士生费良为该论文的第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和欧洲研究委员会等基金资助。近年来王潮霞教授团队在新型光致或温致响应材料方面取得了一系列研究成果,相关研究成果以通讯作者在Angew. Chemie - Int. Ed.(2022),J. Am. Chem. Soc.(2020),Adv. Funct. Mater.(2020),Energy Storage Mater.(2021)等权威期刊发表高水平论文。

光控温致变色分子结构变化及示意图

阅读( (编辑:殷允杰)

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