开发绿色和高效的策略来调节固态结构及其相关的材料特性是至关重要的。复旦大学朱亮亮课题组使用邻吡啶酚基化合物作为研究的原型,同时还设计并合成了一系列用于对照研究的参考化合物,以探索取代基位置和端基的作用。在这项工作中,实现了邻吡啶吡啶酚家族的固态摩擦诱导的光致发光。
研究结果表明,这种刺激反应行为可以定量控制,其中独特的双氢键二聚体设计,具有负电荷(正电荷是由橡胶的摩擦电效应提供)诱导的质子转移特性,发挥了关键作用。这种摩擦响应依赖于精确设计的拓扑化学互变异构现象,其中由橡胶的摩擦电效应精确提供的负电荷可以在双H键合的二聚体结构中诱导质子转移。
此过程立即导致可以在固态条件下稳定的亮型互变异构体,从而使材料的荧光量子产率提高了450倍以上。
这种体系的优点是多方面的:只有橡胶能引起这种固态拓扑化学互变异构,其特点是材料的选择是选择性的,但仍然是普遍的;拓扑化学互变异构是可逆的,允许重复使用材料的性质;系统的发光量子产率和波长也可以通过结构修饰进一步调整,使材料性能具有灵活性。
这项工作的结果具有重要价值,并可以对化学方法学和智能材料制造领域作出重大贡献。研究人员确定了橡胶诱导的光致发光机制,该机制基于负电荷(确切地说是由橡胶的摩擦电效应提供的)诱导氢键二聚体中的质子转移,这导致拓扑化学互变异构,并且可以在固相状态下稳定。在该系统中光致发光增强的行为可以被用来可视化和量化整个刺激响应过程。
由于互变异构的可逆性,该属性可以重复使用,从而启用了加密的应用程序。此外,可以对结构进行进一步的修改以实现不同的性能,从而为新一代智能材料的设计开辟了更多的可能性。