给体-受体斯坦豪斯加合物（donor-acceptor Stenhouse adducts，DASAs）是一种新颖的光敏感分子，并于2014年被加州大学圣芭芭拉分校Read de Alaniz课题组首先合成 [1]。DASAs作为一种光敏感分子，可以在光与热的作用下在链状（linear）与环状（cyclic）中往复变换。由于以上特性，DASAs已被广泛研究应用于光控分子自组装、光控表面物理化学性质等方面。而由于DASAs对长波长光（可见光或近红外光）响应的特性，其在智能生物材料方面亦有较大的应用潜力。
然而，目前对DASAs的研究与应用仅限于其光敏感特性方面，这无疑限制了对DASAs的理解与应用。电子科技大学郑永豪教授（点击查看介绍）研究团队很偶然的发现，DASAs在水分子的作用下，同样可以发生linear-to-cyclic异构化（图1）。于是，他们对该现象进行了深入的研究。通过对DASAs水致linear-to-cyclic异构化的热力学研究发现，该过程是一个缓慢的热弛豫过程，且符合一级动力学曲线。进一步地，密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）与分子动力学（Molecular Dynamics，MD）研究表明，水分子可以与DASAs相结合，并进一步降低cyclic DASAs的能量。这使得cyclic DASAs变得更为稳定，且在常温下不会自发回复至linear DASAs。
图1. DASAs的光致异构化与水致异构化示意图。
在理解了DASAs的水致linear-to-cyclic异构化过程机理之后，课题组猜测，该过程是否可逆？于是，在热失重测试的指引下，课题组将cyclic DASAs的水合物（cyclic DASAs•xH2O）进行加热，并发现在180 ℃条件下，cyclic DASAs•xH2O会迅速失去结合水分子并转变回到linear DASAs。该过程可逆性质的证实使得DASAs的水致异构化现象具有实用价值。于是，在该工作当中，课题组进一步基于水致异构化现象将DASAs应用于信息保密与变色墨水当中（图2）。将linear DASAs制备得墨水书写于纸张表面，并通过水蒸汽处理的方法可以隐去书写字迹，而在加热处理之后字迹又可以显现出来（图2a）。另外，将linear DASAs与普通染料天青II进行混合后书写，字迹可显示出深紫色；而在水蒸汽处理之后字迹可转变至天蓝色，即天青II的本色；在180 ℃处理之后，字迹可迅速转变回到紫色（图2b）。
图2. （a）DASAs在信息保密当中的应用，水蒸汽与加热处理可以使得书写信息往复显形或隐形；（b）DASAs在变色墨水当中的应用，水蒸汽与加热处理可以使得书写信息发生往复颜色变换。
于是，该工作从一个偶然观察到的现象出发，对该现象进行深入研究与理解，最终建立起该现象背后的理论模型。另外，通过进一步对该现象的推敲，实现了基于该现象的初步应用。该工作将DASAs这一新颖的光敏感分子拓展到了水敏感领域，加深了对DASAs的理解，并扩展了其应用范围。同时，该工作也将促使科学工作者们对偶氮苯、螺吡喃等传统光敏感分子的再次思索。
该成果近期发表在Communications Chemistry上，文章的第一作者是电子科技大学副教授王东升博士，通讯作者为电子科技大学郑永豪教授。该研究成果得到了国家自然科学基金委、电子科技大学、四川大学以及德国马克思普朗克研究所的资助。
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Inducing molecular isomerization assisted by water
Dongsheng Wang, Lei Zhao, Haiquan Zhao, Jiazun Wu, Manfred Wagner, Wen Sun, Xiaodong Liu, Mao-sheng Miao, Yonghao Zheng
Commun. Chem., 2019, 2, 118, DOI: 10.1038/s42004-019-0221-5
参考文献：
1. Helmy, S. et al. Photoswitching using visible light: a new class of organic photochromic molecules. J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8169-8172
王东升博士简介
王东升，电子科技大学光电科学与工程学院副教授、硕士生导师。2006年至2013年在四川大学获得本科及硕士学位，2017年博士毕业于德国马克思普朗克聚合物研究所，并于同年7月入职电子科技大学。
王东升博士主要从事环境刺激响应分子与材料的设计、合成、制备与应用研究。在相关领域内取得了多个前沿性研究成果。在Chemical Communications, Macromolecules等期刊发表论文近30篇。
https://www.x-mol.com/university/faculty/73412
郑永豪博士简介
郑永豪，电子科技大学光电科学与工程学院教授，博士研究生导师，副院长。2011年于英国杜伦大学取得博士学位，2011年至2016年先后在美国加州大学圣芭芭拉分校（合作导师：Fred Wudl教授）和美国莱斯大学（合作导师：James M. Tour教授）做博士后，2016年11月起就职于电子科技大学，成立了前沿材料探索实验室。团队目前已有副教授2名，讲师1名、博士后若干、本科生及研究生20多名。团队的主要工作集中在稳定自由基分子、刺激响应材料和光电探测器的研究。
郑永豪教授主要从事自由基材料和有机共轭材料的设计与合成以及相关器件的研究。在Science、Advanced Materials、Angewandte Chemie、Journal of the American Chemical Society等期刊发表论文。
https://www.x-mol.com/university/faculty/73337
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