近日，江南大學紡織科學與工程學院王潮霞教授團隊在用于多信號輸入分子邏輯的光控型溫致變色開關研究方面取得重要成果。該成果發表在《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、顯色劑以及溶劑構成的溫致變色響應材料，其因色譜廣、溫變顏色對比度高、循環性好受到廣泛的關注以及研究。王潮霞教授團隊首次將偶氮苯光響應分子引入三組份溫致變色體系，通過偶氮光異構特性光控開關溫致變色功能。本文通過實驗與理論計算結合的手段，闡明了溫致變色過程光控制的內在機理，也為后續在多輸入分子邏輯應用、廣光譜開發以及太陽能存儲等領域奠定基礎。基于三組份溫變色染料體系質子化變色機理，通過設計合成新型偶氮苯分子作為“鎖”，光控開關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)）為光響應分子，添加到由隱色體染料黑（ADMF），雙酚A（BPA）以及十四醇（TD）構成的三組份體系中。依據紅外光譜監控隱色體染料（ADMF）的酯基（閉環）或者羧基（開環）結構的位移，證明Z-AZO(14)確實阻斷了顯色劑分子和隱色體染料的結合，并通過DFT計算得到Z-AZO(14)與BPA之間的結合能比E-AZO(n)與顯色劑之間的結合能，且ADMF與BPA結合能恰好介于E-AZO(n)與BPA和Z-AZO(14)與BPA之間結合能之間。因此，AZO(14)的異構能夠有效控制BPA與ADMF的結合，從而實現光控型溫致變色開關。依據光控溫致變色體系控制機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，其也有望應用于太陽能儲能領域。該論文第一通訊單位為江南大學，由江南大學王潮霞教授和查爾姆斯理工大學Kasper Moth-Poulsen教授為該論文的通訊作者，江南大學博士生費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基金、江蘇省自然科學基金和歐洲研究委員會等基金資助。近年來王潮霞教授團隊在新型光致或溫致響應材料方面取得了一系列研究成果，相關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）等權威期刊發表高水平論文。
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