近年来,具有圆偏振发光(CPL)特性的材料在3D显示、数据存储、光学传感等领域的巨大应用前景受到广泛关注。蓝相(BP)是一种介于各向同性态和手性向列相(N*)之间的一种液晶相态。蓝相液晶(BPLC)展现出许多独特的优势,例如较窄的光子带隙、更高的有序度。这使得BPLC在制备CPL材料上表现出巨大潜力。 近日,北京化工大学郭金宝教授课题组报道了一类利用光/热调控BP到N*可逆相转变最终实现CPL信号反转的手性液晶材料。本研究中,研究团队设计并制备了两个光驱动的卤素键组装的荧光分子开关HB-switch 1 和 HB-switch 2。从分子结构来看,这两个分子开关均由α-氰基取代的二芳乙烯化合物构成。这两个光开关分子在特定的紫外和可见光辐照时,表现出可逆的 Z/E 光异构化。此外,将HB-switch 1和 2引入到BPLC中均显著拓宽了BP的温度范围。特别的是,在由HB-switch 1构筑的手性液晶体系中,利用450 nm和311 nm的辐照波长可以实现从BP到N*的相转变,进一步引发了CPL信号的反转,这种调控特征与热诱导相转变所导致的CPL变化趋势是一致的。
初始状态,HB-switch 1的引入拓宽了BP温域。BPLC的CPL信号的手性源自于BPLC的手性,因此在光谱中显示出左手手性的CPL信号(glum=+0.438)。随后,用450 nm的蓝光照射 30 秒后,观察到N*的形成。从BP到N*的相变归因于HB-switch 1发生了异构化,这种异构化破坏了BP结构,从而诱导了 N* 的形成。N*的CPL信号是由选择性反射产生的,因此在光谱中显示出右手手性的CPL信号(glum=-0.065),发生了CPL信号的反转。继续用 311 nm 的紫外光照射直至达到稳定状态,HB-switch 1构型恢复,并实现了从 N* 到 BP 的可逆相转变。对应的CPL信号也恢复到左手手性(glum=+0.338)。值得注意的是,在整个过程中,液晶体系的手性没有发生改变,CPL信号中的手性反转是由于HB-switch 1构型变化引发的BP 与N*的相转变产生的。 基于这种新型光响应发光手性液晶材料的CPL调控特性,可以将其应用于光存储技术。例如,在文中展示性的例子中,掩膜曝光下得到4个明暗不同的点阵,每4个二进制代码可以组合输出一个字母,从而得到不同的二进制编码信息。这些应用都展示了这种新型光响应CPL材料在光存储领域的潜在应用,为新一代光存储技术提供了一种新的策略。 论文信息 A Halogen-Bonded Fluorescent Molecular Photoswitch: Transition from 3D Cubic Lattice to 1D Helical Superstructure for Polarization Inversion of Circularly Polarized Luminescence Shan Li, Jingjing Wang, Meng Tian, Xianyu Meng, Prof. Jingxia Wang, Prof. Jinbao Guo 北京化工大学材料科学与工程学院硕士生李山,王静静为共同第一作者;郭金宝教授为通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202405615