光开关铱配合物的光致异构化与光限幅性能研究：一种智能激光防护材料的设计与应用

为应对激光技术对人眼和精密仪器的潜在危害，南京工业大学研究人员设计合成了一种基于螺吡喃光开关的铱配合物Ir-NN-SP。该材料通过可逆光异构化机制动态调控非线性光学响应，在532 nm脉冲激光下输出能量密度降低至0.51 J/cm2，经365 nm紫外诱导后进一步降至0.47 J/cm2，性能提升50%，为智能光限幅材料开发提供了新思路。

　　

激光技术的快速发展在带来革命性应用的同时，其高能量特性对人眼和精密光学仪器的潜在危害日益凸显。传统防护材料存在可见光区透光率低、响应模式单一等问题，如何实现兼具高效防护与智能调控功能的材料成为研究热点。南京工业大学的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表的研究中，创新性地将光响应分子开关与金属配合物体系结合，为这一领域提供了突破性解决方案。

研究团队采用螺吡喃（spiropyran）作为光敏单元，通过分子工程将其整合到铱配合物（Ir complex）骨架中，构建出新型光控非线性光学开关Ir-NN-SP。该材料在保持金属配合物固有优势——如高损伤阈值（309.5°C仅失重5%）和纳秒级响应速度的同时，通过螺吡喃的可逆光异构化实现了动态性能调控。当受到365 nm紫外激发时，螺吡喃发生开环反应转化为部花青（merocyanine）异构体，导致吸收光谱红移至610 nm，形成扩展的π共轭体系。这种结构转变使材料在532 nm脉冲激光下的光限幅性能产生显著变化：初始输出能量密度已较参照样Ir-Ref降低50%，经紫外诱导后进一步优化至0.47 J/cm²，展现出独特的"双重调控"特性。

关键技术方法包括：1）通过Suzuki偶联反应构建螺吡喃-菲咯啉杂化配体；2）采用紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和瞬态吸收光谱（TAS）追踪光异构化过程；3）利用Z扫描技术测定532 nm脉冲激光下的非线性吸收特性；4）通过循环伏安法（CV）分析能级结构变化。

研究结果揭示：

1. 材料设计与合成：通过精确控制配体结构，成功实现螺吡喃光开关与Ir(III)中心的电子耦合，保持热稳定性（T_d=309.5°C）的同时获得优异抗疲劳性（>20次异构化循环）。
2. 光物理特性：开环态MC异构体的形成使MLCT/LLCT（金属到配体/配体到配体电荷转移）吸收带拓宽，瞬态光谱证实激发态寿命延长至微秒级。
3. 光限幅机制：结合反向饱和吸收（RSA）和激发态吸收（ESA）效应，开环态因更强的ICT（分子内电荷转移）作用使激发态吸收截面增大3倍。
4. 动态调控：通过365 nm/可见光交替照射实现"关-开"状态切换，光限幅阈值动态变化范围达15%，验证了光控非线性光学响应的可行性。

这项研究的重要意义在于：首次将螺吡喃光异构化策略应用于铱配合物光限幅体系，提出的"配体工程-光开关耦合-动态调控"三位一体设计范式，为开发智能光学材料提供了新思路。其可逆调控特性在自适应激光防护、光电子器件等领域具有重要应用前景，特别是针对不同波长、功率激光的多级防护需求展现出独特优势。研究揭示的光致异构化调控非线性光学响应机制，也为拓展金属配合物在光电功能材料中的应用开辟了新途径。