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  功能型發(fā)光材料的開發(fā)和理論建設(shè)，是推動未來智能仿生體系和信息安全建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)展的重要助力。其中，能夠可控地實現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)和熒光信號變化的有機小分子，近年來在信息傳感、響應(yīng)、反饋和識別等方面展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于缺乏有效的分子設(shè)計策略和功能基元，兼具多重穩(wěn)定態(tài)與可控性的熒光材料還極為稀缺，從而極大地制約了其在智能材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

  近期，香港科技大學唐本忠教授、林榮業(yè)團隊與華東師范大學胡連瑞研究員合作，成功開發(fā)出一種基于色酮的聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子（AIEgen）Z-CDPM。該分子通過五類化學反應(yīng)（包括熱刺激下的順反異構(gòu)化、環(huán)化、消除反應(yīng)，以及紫外光照下的光重排和其熱環(huán)化產(chǎn)物的新型光重排反應(yīng)），可控地驅(qū)動分子的共軛結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，并最終得到了六種獨立的穩(wěn)定態(tài)以及可控的發(fā)光狀態(tài)（圖1）。通過單晶結(jié)構(gòu)解析，首先對六個穩(wěn)定態(tài)的分子共軛結(jié)構(gòu)進行了準確的指認。其次，分子的不同反應(yīng)路徑也得到了動態(tài)核磁監(jiān)測數(shù)據(jù)和理論計算的雙重支持，為擴展功能基元的應(yīng)用范圍和新型多功能發(fā)光材料的開發(fā)提供了重要思路。此外，基于Z-CDPM單一體系中六種獨立可控的發(fā)光狀態(tài)切換現(xiàn)象以及優(yōu)良的轉(zhuǎn)化效率，進一步研究了其在智能變色體系中的應(yīng)用潛能，構(gòu)建了多色圖像、二維碼和高級信息加密系統(tǒng)等。該工作構(gòu)建了首個五重響應(yīng)性智能發(fā)光分子Z-CDPM，提供了性能優(yōu)良的功能基元，不僅對多功能發(fā)光材料的開發(fā)和理論建設(shè)具有重要的促進作用，也為智能仿生變色體系的構(gòu)建提供了新范式。

  2025年7月9日，該工作以“A chameleon AIEgen exhibiting six distinct yet tunable thermal and photoswitchable states”為題發(fā)表于《自然·通訊》上（Nat. Commun., 16, 6312 (2025)）。

圖1 多重響應(yīng)熒光分子的設(shè)計策略。（a）傳統(tǒng)無催化劑的單分子體系中開環(huán)/閉環(huán)反應(yīng)。EWG：吸電子基團，Cy：環(huán)化反應(yīng)。（b）Z-CDPM在不同條件下的熱反應(yīng)與光反應(yīng)示意圖：(i) 在C?D?Cl?中145℃下退火1天；(ii) 在二苯醚中200℃下退火2小時；(iii) 在硅膠中145℃下退火1天；(iv, v) 室溫下在C?D?Cl?中用365 nm紫外燈（0.12 mW/cm2）照射2小時。

圖2 分子在信息加密中的應(yīng)用。（a）薄層色譜（TLC）板上不同AIEgen的熒光圖像。（b）Z-CDPM用于多色圖案構(gòu)建的示意圖及其對應(yīng)的熒光圖像。（c）DPXDC生成的彩色"二維碼"圖片。比例尺：5 mm。（d）多色雙加密模型構(gòu)建示意圖及其對應(yīng)的熒光圖像。

  該團隊長期致力于多功能AIEgen的開發(fā)和研究工作，構(gòu)建了一系列極具特色的色酮類刺激響應(yīng)型AIEgen�；谏c伯胺反應(yīng)產(chǎn)物中的特異性氫鍵（NH···O），該團隊通過引入吸電子基團修飾，構(gòu)建了具有高反應(yīng)活性的伯胺響應(yīng)型探針分子，且在空間位阻的協(xié)同作用下首次實現(xiàn)了對伯胺的高選擇性和可視化檢測（Aggregate., 2022, e239）。為了解決刺激響應(yīng)發(fā)光材料性能單一性的局限，該團隊進一步構(gòu)建了光響應(yīng)型色酮類AIEgen，并保留其伯胺響應(yīng)活性，實現(xiàn)了單一分子的多重調(diào)控和多功能性（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e2023003）。該工作是在上述工作基礎(chǔ)上的又一次成功嘗試，構(gòu)建的三取代乙烯結(jié)構(gòu)中不僅涉及到色酮環(huán)與不同取代基之間的環(huán)化反應(yīng)，還有色酮環(huán)羰基與吸電子基團之間的競爭環(huán)化反應(yīng)和三取代乙烯的順反異構(gòu)反應(yīng)，并最終得到了有六重穩(wěn)定態(tài)的刺激響應(yīng)分子。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-61717-x