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研究背景

光致變色材料是一類能夠在光照下發(fā)生可逆顏色變化的材料，廣泛應(yīng)用于光學(xué)、信息存儲、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的無機(jī)光致變色材料相比，有機(jī)光致變色材料具有更好的結(jié)構(gòu)多樣性和可調(diào)性，能夠根據(jù)需求靈活定制材料性能，因此在研究和創(chuàng)新中備受關(guān)注。然而，有機(jī)光致變色材料也面臨低光效、有限的長期耐久性以及對光疲勞的敏感性等問題，這些挑戰(zhàn)制約了其在商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。尤其是在固態(tài)系統(tǒng)中，由于多孔基體對光致變色分子的幾何限制，導(dǎo)致光異構(gòu)化過程受阻，降低了材料的光響應(yīng)性。因此，如何優(yōu)化固態(tài)光致變色材料的性能，尤其是在耐用的納米多孔材料中，成為當(dāng)前研究的一個熱點。

成果簡介

為了解決這一問題，牛津大學(xué)Samraj Mollick & Jin-Chong Tan教授在Nature Reviews Materials期刊上發(fā)表了題為“Organic solid-state photochromism using porous scaffolds”的最新論文。該團(tuán)隊通過總結(jié)有機(jī)光致變色分子的特點，提出了將這些分子封裝在定制的多孔支架中的策略，成功克服了傳統(tǒng)固態(tài)基體帶來的幾何限制問題。研究人員通過使用金屬有機(jī)框架（MOFs）、共價有機(jī)框架（COFs）等多孔支架，成功地提高了有機(jī)光致變色分子的光響應(yīng)性。

利用這些支架的高度可調(diào)孔結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊實現(xiàn)了分子光致變色特性的增強(qiáng)，使得光轉(zhuǎn)換效率顯著提高，且在環(huán)境因素的影響下，光致變色性能得到了顯著改善。這一研究成果為固態(tài)光致變色材料的商業(yè)化應(yīng)用提供了新的思路，展示了多孔支架在優(yōu)化光響應(yīng)性材料中的巨大潛力。

研究亮點

（1）實驗首次總結(jié)了固態(tài)光致變色材料中使用各種定制多孔支架和有機(jī)光致變色分子的關(guān)鍵成就，揭示了過去二十年中這些材料在光開關(guān)特性和耐久性方面的顯著進(jìn)展。
（2）實驗通過結(jié)合金屬有機(jī)框架（MOFs）、共價有機(jī)框架（COFs）、多孔有機(jī)聚合物（POPs）等多孔支架，有效地提升了有機(jī)光致變色分子的光響應(yīng)性和耐久性。研究表明，這些多孔支架通過提供受限的微環(huán)境，防止了分子的聚集，并確保其均勻分布，從而大幅提高了光轉(zhuǎn)化效率和顏色變化的穩(wěn)定性。
（3）實驗通過優(yōu)化支架的孔徑、結(jié)構(gòu)和親疏水性，進(jìn)一步改善了光開關(guān)材料的光效。具體來說，選擇適當(dāng)?shù)闹Ъ苣茱@著增強(qiáng)材料的表面面積和光照相互作用，進(jìn)而提高光致變色的性能。
（4）實驗還提出了設(shè)計多孔支架的原則，旨在為開發(fā)高效的固態(tài)光致變色材料提供新的思路。這些原則包括選擇合適的多孔結(jié)構(gòu)和光致變色分子，以實現(xiàn)最大化的光響應(yīng)性。

圖文導(dǎo)讀

圖1：過去二十年中，使用各種定制多孔支架和有機(jī)光致變色分子在固態(tài)光致變色領(lǐng)域取得的關(guān)鍵成就的時間軸。

圖2：多孔支架和有機(jī)光開關(guān)的選擇。

圖3：利用多孔支架設(shè)計高效光開關(guān)固體的設(shè)計選項。

結(jié)論展望

本文將有機(jī)光致變色分子與多孔支架結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)分子和宏觀層面上的光學(xué)操控，為開發(fā)新型智能設(shè)備和光控應(yīng)用提供了巨大潛力。通過優(yōu)化分子設(shè)計和化學(xué)修飾，尤其是使用反向光致變色分子和長波長光引發(fā)的光致變色效應(yīng)，有望實現(xiàn)更高效的固態(tài)光致變色材料。

這一方向不僅推動了光學(xué)存儲、智能窗戶、自清潔表面等技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，還能在靶向治療、光刻和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域帶來突破。此外，材料的薄膜化和精確控制光致變色分子的裝載位置，將有助于提高材料性能，解決當(dāng)前多孔支架材料在散射效應(yīng)和分子間相互作用方面的挑戰(zhàn)。

綜上所述，未來通過進(jìn)一步深入研究光響應(yīng)材料的分子與支架相互作用、局部結(jié)構(gòu)以及反向光致變色分子的應(yīng)用，定制化多孔支架有望在各類光控技術(shù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動智能材料與設(shè)備的發(fā)展，為各個工業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

文獻(xiàn)信息

Mollick, S., Tan, JC. Organic solid-state photochromism using porous scaffolds. Nat Rev Mater (2025).

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2025/02/07/8f91ef11d2/

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