电子科大王东升课题组 JMCC 邀请 Perspective：固体光敏感材料的机遇与挑战

在众多刺激响应材料中，光敏感材料具有精准、高效和非接触控制等特点，被广泛应用于生物医疗、芯片制造、纳米机器人及控制释放等领域 （图1）。然而，由于光敏感分子往往具有良好的平面性，在固体状态中会表现出强烈的分子间堆积作用，进一步限制了其异构化过程。因此，提升光敏感分子在固体状态下的异构化性质成为了发展固体光敏感材料的一大挑战。

近日，电子科技大学的王东升课题组受Journal of Materials Chemistry C邀请，发表题为《Towards real-world applications: promoting fast and efficient photoswitching in the solid state》的前瞻性论文，并收录于“2022 Emerging Investigators”特刊中。

该论文通过分析光敏感分子（偶氮苯（Azo）、螺吡喃（SP）、二芳基乙烯（DAE）及给体-受体斯坦豪斯加合物（DASA））的结构及异构化机理 ，讨论了各类光敏感分子在固体状态下的异构化潜力（图2）。从限制光敏感分子在固体状态下的异构化机制出发，分析并讨论了提升光敏感分子在固体状态下的异构化性质的策略。

图2. 光敏感分子的化学结构以及光稳态时的吸收光谱

该论文将提升光敏感分子异构化性质的策略分为两个部分，分别是内部改性策略与外部协同策略 （图3）。其中，内部改性策略主要是通过化学合成手段，在光敏感分子上引入占位基团以消弱光敏感分子间的聚集；外部改性策略则是通过引入第三相，提升光敏感分子在固体状态中的分布性质。其中，外部改性策略包括了形成表面单分子层、多孔材料负载、聚合物基材辅助分散与微胶囊方案。论文介绍了近年来促进固体状态下光敏感分子快速高效异构化的策略，并分析讨论了各策略的优势、限制以及亟待克服的挑战 （图4）。最后，该论文对光敏感分子在固体材料中的应用提出了三点展望：制备具有高机械强度、低光强响应与光敏感固体块材仍需科研人员的不懈努力。

（1）由于光敏感分子的异构化性质与微观环境的“灵活度”直接相关，因此难以制备出兼具高机械强度和高效快速异构化的固体材料。实现宏观的“硬度”并同时具备微观的“柔软度”是满足光敏感材料面向更多应用的重要条件。

（2）对于大多数光敏感分子来说，其正向异构化和反向异构化皆可由光控制，于是，在混合光照下（自然光），由于异构化之间的竞争，光敏感材料难以产生高效的异构化。此外，大多数光敏感分子的异构化是由紫外光诱导触发。其因穿透性低、光漂白效应和对人体有害等缺点，难以满足实际应用的需求。这仍然是亟待解决的重要问题。

（3）受刺激光穿透性的限制，随着固体材料深度的增加，由于吸收和散射，光强随着穿透深度增加会迅速减弱，从而难以实现固体块材的完全控制。因此，制备具有一定厚度的光敏感块材仍然是一个挑战。

图4. 不同策略的优缺点总结示意图。

该报道介绍并讨论了光敏感分子在固体状态下应用的机遇与挑战，为日后固体光敏感材料的制备与研究提供了一定的思路。以上报道以perspective的形式、以《Towards real-world applications: promoting fast and efficient photoswitching in the solid state》为题发表在Journal of Materials Chemistry C，并收录于“2022 Emerging Investigators”特刊中。第一作者为电子科技大学光电科学与工程学院博士研究生孙梵熙，通讯作者为电子科技大学光电科学与工程学院王东升副教授，电子科技大学为该论文的第一单位。该论文受到四川省国合项目、广东省区域联合基金与马克思普朗克科学促进学会中德联合实验室共建项目的共同支持。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/tc/d2tc01345b

相关进展

光敏感分子是非黑即白的吗？电子科大郑永豪/王东升课题组 JPCB：通过控制互变异构过程实现光敏感分子在三种稳定态中的往复切换

电子科大郑永豪/王东升课题组CEJ：基于给体-受体斯坦豪斯加合物（DASAs）的超快光致变色固体材料及异构化调控策略

电子科大郑永豪/王东升课题组ACS Nano：基于DASAs的彩色可重复书写纸张