《Angew》发表颜红侠教授课题组关于热致变色荧光材料的研究成果

近日，学院颜红侠教授课题组在《Angewandte Chemie International Edition》期刊发表题为《Achieving Controllable Thermochromic Fluorescence via Synergistic Intramolecular Charge Transfer and Molecular Packing》的研究论文。本研究设计并合成了一系列β-二酮硼配合物NWPU-(1-4)。光致发光性能研究和TDDFT计算结果表明，引入具有大空间位阻与扭曲结构的五氟苯取代基与硼原子进行配位，以及调节分子骨架上取代基的吸电子能力，可以有效调控分子内电荷转移跃迁，从而实现染料在不同波长区域的强发光特性。进一步的X射线单晶结构测试结果表明，通过改变取代基与配位基元还可以有效控制染料分子的固态堆积模式，使分子堆积从X-聚集体(NWPU-2)转变为松散的J-聚集体(NWPU-3)，最终到紧密的J-聚集体(NWPU-4)堆积结构。基于这一设计策略，所合成的配合物在固态和稀溶液状态下均展现出高荧光量子产率，同时，发射波长对环境极性与分子聚集状态也高度敏感。

图1. (a) NWPU-(1-4)的化学结构；(b) 相变材料调控NWPU-(2-4)荧光特性的工作机制示意

随后，将这些染料掺入相变材料链状烷烃中，得到了具有不同发射波长的热致变色荧光材料。值得注意的是，基于NWPU-4的热致变色荧光材料由于染料致密的J-聚集体堆积结构和强电荷转移跃迁效应，在深红至近红外区域展现出高发光效率，特别是，在21摄氏度的狭窄温度区间内表现出90 nm的宽发射峰位移幅度。最后，凭借其优异的热致荧光变色特性以及可控的温度响应范围，该类材料成功应用于可编程温控高级信息加密，展现了其在高级信息安全领域中的应用潜力。

该研究不仅提出了一种创新方法，即协同分子内电荷转移与堆积模式实现热致变色荧光材料发光波长、发光强度和峰位移范围的有效调控，还加深了我们对超分子相互作用如何影响该类材料温度刺激响应特性的理解。该方法克服了当前热致变色荧光材料的局限性，为开发具有长发光波长、高发光效率和强刺激响应特性的热致荧光变色材料提供了新的思路和方法。

学院冯维旭副教授为论文第一作者，颜红侠教授为论文通讯作者，西北工业大学为论文唯一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金青年和面上项目以及国家级大学生创新创业训练计划项目的支持。

图2. NWPU-2 (a)、NWPU-3 (b) 和 NWPU-4 (c) 分子的晶体结构及堆积模式

图3. (a-b) NWPU-3@C23 和 NWPU-4@C23在35°C至56°C之间的归一化发射光谱；(c) NWPU-(1-4)@C23的温度变化与发射峰位置之间的关系；(d) 制作可编程温度加密装置的过程及显示机制示意；(e) 使用掺入不同响应温度的相变基质材料的NWPU-4进行基于温度的多级信息加密/解密（NWPU-4@C20、NWPU-4@C21、NWPU-4@C23和NWPU-4@C26）

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202415815

文：冯维旭、郑聪

审核：陈凯杰