水会引发氢键有机框架中的可见光光致变色现象

《Nature Communications》：Water triggers visible-light photochromism in a hydrogen-bonded organic framework

　　

摘要

那些能在用户可控条件下实现状态切换的光致变色材料，因其在信息安全技术及自适应伪装领域的应用潜力而备受关注，但其研发仍面临巨大挑战。在此，我们利用氢键有机框架中的动态氢键网络以及周期性π堆叠结构，设计出一种以水作为“触发剂”而非“破坏因素”的可逆可见光光致变色系统。这种特性出现在基于芘的氢键有机框架HOF-14中，水分子吸附后会通过动态氢键网络引发特定的晶格收缩。这种结构变化会促使框架的电子结构发生显著重排，使得激子结合能降至环境热能以下。这样一来，就能在可见光驱动下实现电子与空穴的自发分离，生成芘基自由基阳离子，而这些阳离子又能被HOF中的芘堆叠结构所稳定。该光致变色效应表现为颜色在10秒内从黄色迅速变为绿色，且经过50次循环后仍能保持可逆性。我们利用这种氢键有机框架墨水及其水凝胶配方实现了高级信息加密技术，同时还制备出了能够动态适配周围环境的自适应伪装织物。这类智能织物可通过闭环工艺实现回收利用，这得益于氢键有机框架固有的自我修复能力——这是其他类型的多孔晶体材料所不具备的独特特性。