光控二芳基乙烯发光水凝胶

近年来,发光水凝胶因其独特的物理和化学性质,在生命科科学和材料科学领域展现了独特的应用价值,也引起了人们的广泛研究兴趣。在常用的构筑单元中,以有机染料分子、量子点和稀土金属配合物作为光源的发光材料已有报道,但是发展具有刺激响应能力的先进光学材料需要进一步优化光源的分子结构和性能,而这一优化过程仍然面临巨大的挑战。例如,传统的有机染料因为见光易分解或自身堆积导致荧光猝灭等缺点严重制约了它们的发展和应用;另外,稀土金属配合物的激发态能量会在水环境中通过O–H振动被严重耗散掉,所以必须在稀土金属离子中心外围引入一些辅助配体来保护其能量不被外界溶剂所耗散。因此,人们始终致力于探索和构筑高稳定性的、简单易得的发光水凝胶。

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南开大学化学学院的刘育课题组为解决这一难题,提出了一种简便可行的方法,实现了光致变色分子转子和无机黏土的完美融合,制备了一种可用不同波长光来可逆调节荧光发射强度的超分子水凝胶。在这一研究中,作者首先简单合成了一种二芳基乙烯桥联的双吡啶盐染料作为荧光光源,该有机染料分子中心上的C–C键在水溶液中可以自由旋转而导致荧光淬灭,而在分子构型受限或分子堆积的情况下荧光会得到增强;同时,二芳基乙烯基团赋予了该类分子转子光开关性能。另外,通过静电相互作用,可以将带有正电荷的二芳基乙烯吡啶盐方便地引入到带有负电荷的无机黏土锂皂石插层中,二者在形成超分子水凝胶的同时,锂皂石所在的无机纳米框架还可以用来限制分子转子的自由旋转,从而获得了一种具有荧光发光性质的超分子水凝胶。同时,由于水凝胶中存在二芳基乙烯基团,使得构筑的发光水凝胶可以在不同波长的光照下实现可逆的荧光发射和淬灭。在本项研究工作中,该类有机–无机杂化发光凝胶并不是通过简单掺杂或混合方法制备的,而是采用一种协同键合的方式:一方面,带正电荷的吡啶盐和表面带负电荷的锂皂石通过静电作用相互结合,有利于改善和提高水凝胶的机械强度和稳定性;另一方面,锂皂石作为一种三维的无机纳米框架,能够有效抑制分子转子的自由旋转,从而实现了凝胶辅助的荧光增强效应。

这项研究所提出的有机-无机杂化自组装方式为设计和制备新型的光响应发光软材料提供了一种新的思路。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials杂志上(DOI: 10.1002/adom.201700149)上。

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