双刺激响应性偶氮-双螺吡喃(AzoSP2 )基先进显色材料的设计合成及其传感应用研究

本研究针对光响应材料可逆性限制与溶剂响应机制单一的问题，通过还原偶联法合成新型对称性偶氮-双螺吡喃(AzoSP2 )，实现溶剂极性诱导C-O键断裂与紫外/可见光驱动的不可逆光致变色双重响应，在防伪加密与光学传感领域展现出应用潜力。

　　

在智能材料领域，光响应变色材料如同"分子魔术师"，能通过结构变化实现颜色转换。螺吡喃(SP)和偶氮苯(Azo)作为两类明星分子，前者可通过开闭环异构化在无色SP与有色部花青(MC)间切换，后者则通过顺反异构展现光响应性。然而现有研究多局限于单一响应机制或可逆转换，犹如"单腿跳舞"，难以满足复杂应用需求。更关键的是，将两类分子特性整合时，常面临响应速度慢、热稳定性差等瓶颈，这严重制约了其在高端防伪和即时传感中的应用。

中国科学仪器研究所的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表的研究中，创新性地通过锌粉还原硝基螺吡喃的简易方法，构建了对称型偶氮-双螺吡喃(AzoSP₂
)分子。该材料展现出双重响应特性：溶剂极性可诱导SP→MC转化，而365/530nm光照则触发不可逆光致变色。通过核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术确认结构后，研究发现极性溶剂中C-O键断裂使MC异构体稳定性提升200%，且在PDMS薄膜中实现紫外光强度可视化检测。

关键技术包括：1) 锌粉还原偶联合成AzoSP₂
；2) 多溶剂体系紫外-可见光谱(UV-vis)分析；3) 纤维素纸光致变色图案化实验；4) PDMS薄膜复合器件制备。

【合成机制】
还原过程中硝基SP先转化为硝基so和羟胺中间体，经N-N偶联形成Azoxy化合物，最终在碱性条件下还原为Azo桥连结构。核磁氢谱显示8.13ppm处SP特征峰消失，证实成功构建对称结构。

【光致变色行为】
在365nm紫外照射下，AzoSP₂
溶液发生不可逆变色，530nm可见光照射则引发Azo单元顺反异构。值得注意的是，纤维素纸负载样品在30秒照射后产生持久显色图案，对比度达85%。

【实际应用】
将染料掺入聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜后，材料在紫外灯下呈现梯度变色，灵敏度比传统SP材料提升3倍，且无热回复现象，适用于一次性紫外剂量检测。

该研究突破性地实现了三大创新：首次在单一分子中整合SP溶剂响应与Azo光响应的协同效应；开发出首例基于AzoSP₂
的不可逆光致变色体系；通过简易溶液加工实现材料实用化。这种"分子协同作战"策略为开发新型防伪标签、光敏传感器提供了新思路，其不可逆特性特别适用于一次性认证场景，如药品溯源码、机密文件防伪等。研究中所采用的还原偶联法具有产率高（达92%）、反应条件温和等优势，为功能性显色材料的规模化生产指明方向。