天津大學(xué)Mark Olson課題組設(shè)計并制備了一系列在固態(tài)下同時具有光致變色和水致變色特性的熒光復(fù)合材料。該復(fù)合材料由熒光分子與纖維素嵌合而成，在不同的相對環(huán)境濕度（RH）下表現(xiàn)出可逆的固態(tài)熒光水致變色的現(xiàn)象。而可逆的固態(tài)光致變色現(xiàn)象則是由于紫外燈的照射下纖維素穩(wěn)定的自由基陽離子的產(chǎn)生。

包括光致變色、水致變色、熱致變色等的刺激響應(yīng)型變色材料因為其巨大的應(yīng)用潛能而被廣泛的關(guān)注及研究。本文應(yīng)用常見的熒光基團(tuán)（萘亞胺）與紫羅堿通過不同長度的碳鏈以共價鍵相連接構(gòu)建目標(biāo)分子，并將其與纖維素進(jìn)行嵌合，從而成功制備了罕見的光致變色和水致變色相互轉(zhuǎn)換的熒光復(fù)合材料。其中，紫羅堿部分起到了兩方面的作用：1.作為熒光水致變色的水敏感受體，2. 產(chǎn)生導(dǎo)致光致變色的自由基陽離子。

將該復(fù)合材料暴露在濕度可控的空間環(huán)境內(nèi)，當(dāng)相對濕度（RH）從0.1%上升到90%時該固態(tài)復(fù)合材料可以產(chǎn)生可逆的由藍(lán)到綠的熒光紅移（82 nm）變化。此為前兩種不同的熒光顏色狀態(tài)。為了進(jìn)一步了解水致熒光變色的過程，相對濕度（RH）變化時每隔10%相對濕度（RH）所對應(yīng)的固態(tài)熒光發(fā)射光譜也同樣被記錄和分析。而用紫外燈照射該復(fù)合材料時，其會產(chǎn)生由無色到藍(lán)色的光致變色現(xiàn)象。光致變色的主要原理是因為具有特殊藍(lán)色的纖維素穩(wěn)定的紫羅堿自由基陽離子的產(chǎn)生。其中自由基陽離子的形成則被紫外吸收光譜和電子順磁共振光譜（EPR）所證實。發(fā)生光致變色還原的電子源則來自于紫羅堿部分的抗衡離子（溴離子）。

在紫外燈照射該復(fù)合材料時，在產(chǎn)生由于自由基陽離子所導(dǎo)致的藍(lán)色狀態(tài)的同時，也會發(fā)生明顯熒光淬滅的現(xiàn)象，從而達(dá)到了光致變色所產(chǎn)生的第三種非熒光藍(lán)色的顏色狀態(tài)。該非熒光藍(lán)色狀態(tài)在高濕度條件下可以恢復(fù)其熒光顏色狀態(tài)。光致還原產(chǎn)生紫羅堿自由基陽離子的過程只發(fā)生在和纖維素相互嵌合的復(fù)合材料中，并且其速率與環(huán)境相對濕度（RH）高度相關(guān)。其在10% RH下的生成速率是90% RH下的1.8倍。這也從而證明了纖維素是阻礙由紫羅堿部分產(chǎn)生的自由基陽離子的氧化從而使該復(fù)合材料達(dá)到光致變色的主要原因。

總的來說，本文利用纖維素嵌合的復(fù)合熒光材料，實現(xiàn)了光致水致條件下兩種熒光顏色狀態(tài)（低濕度藍(lán)色，高濕度綠色）與第三種非熒光藍(lán)色狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。為進(jìn)一步開發(fā)多種刺激響應(yīng)同時存在的變色材料提供了可能。

原文鏈接：

https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.202100601

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