光驱动的手性开关/马达材料由于在显示、信息存储、分子光学器件等方面的潜在应用引起了科学家们的广泛关注。近年来发展起来多种不同类型的手性光开关材料, 如利用偶氮苯、手性螺烯、二芳基乙烯等基元作为主体光敏结构。这些材料大多采用紫外光诱导，这给其实际应用带来诸多问题。随之而来的，因为可以避免紫外光的有害影响，可见光驱动的手性分子开关材料引起了人们的极大兴趣。

近日，北京化工大学郭金宝教授（点击查看介绍）课题组与欧洲科学院院士、美国肯特州立大学（Kent State University）Quan Li教授（点击查看介绍）课题组合作，报道了一种双向可见光驱动的、1,2-双噻吩二氰基取代乙烯基构筑的手性荧光光开关材料。这种光开关分子（switch 4）在溶液态和液晶介质中受到绿光（520 nm）/蓝紫光（405 nm）的照射时均能发生可逆的Z/E异构化反应，其转化率较高，同时又能在常温下保持很好的热稳定性。异构化发生后随着分子构型的改变，其在向列相液晶介质中的手性诱导能力变化明显，并伴随较大的荧光强度变化。研究中，进一步制备了可见光写入/擦除、高对比度的荧光-反射双模式的液晶显示器件。

如图所示，switch 4的两个构型分别对520 nm的绿光和405 nm蓝光敏感，其在二甲基亚砜溶液中主要吸收波段分别在520 nm和420 nm，使用绿光照射能高效地发生正向trans→cis异构，转化率高达97%，近乎完全转化；再使用蓝光照射能发生逆向cis→trans异构。同时，两个稳态的荧光强度差异高达8倍。

利用添加较低含量switch 4的胆甾相液晶制备了单一模式的荧光显示器件，使用蓝紫光进行掩膜曝光在液晶膜上面写入荧光信息，再用绿光照射可以擦除，并且可以实现多次写入和擦除。研究中发现，由于对光的高敏感性，可以直接利用激光笔在液晶膜上写入和擦除信息，因此具有重要的实际应用价值。

进一步调整switch 4到较高的含量，制备了反射-荧光双模式的光响应液晶显示器件，同样可通过掩膜或激光笔写入同时具有反射和荧光双模式的文字图案，可以分别在自然光或激发光存在下读取信息。

本研究工作首次设计并制备了一种双向可见光驱动的手性荧光光开关材料，并开发出具有多种显示模式的新型液晶显示器件。工作的开展进一步丰富了光驱动分子开关/马达材料的设计思路及其应用领域。

北京化工大学材料学院博士生李俊涛，Kent State University博士后Hari Krishna Bisoyi为共同第一作者，郭金宝、Quan Li教授为共同通讯作者。北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

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1,2‐Dithienyldicyanoethene‐Based, Visible‐Light‐Driven, Chiral Fluorescent Molecular Switch: Rewritable Multimodal Photonic Devices

Juntao Li, Hari Krishna Bisoyi, Siyang Lin, Jinbao Guo, Quan Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16052-16056, DOI: 10.1002/anie.201908832

导师介绍

郭金宝

https://www.x-mol.com/university/faculty/17350

Quan Li

https://www.x-mol.com/university/faculty/48526