近日，东南大学智能材料研究院院长、首席科学家、化学化工学院李全团队在光控液晶圆偏振发光方面取得重要突破。相关成果以“A Photo- and Thermo-Driven Azoarene-Based Circularly Polarized Luminescence Molecular Switch in a Liquid Crystal Host”为题发表在国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》，并被选为Very Important Paper和当期封面。论文的通讯作者是李全和北京化工大学教授郭金宝。
近年来，具有可切换CPL信号特征的手性功能材料得到了广泛的关注。在发光胆甾液晶，即发光自组织的螺旋超结构构筑的CPL材料中，利用光刺激实现不同的CPL状态具有重要意义，而以独立和完全可逆的方式切换CPL仍然是一个挑战。
团队开发了一种基于偶氮芳烃基荧光分子开关的螺旋胆甾相超结构材料，该材料可以独立和可逆方式调谐不同圆偏振发光（CPL）状态，而在不同状态下保持相似荧光强度。团队设计并制备了一个CPL分子开关1 和对比分子开关2。从分子结构来看，CPL分子开关1是由光敏性联萘偶氮结构和相反旋向的连接有1,8-萘二甲酰亚胺荧光基元的联萘结构通过共价键结合制备的；而2 中两个联萘手性结构的旋向相同。在溶剂和液晶介质中，在365 nm紫外光和520 nm绿光照射下， 1和2均能发生可逆的反式/顺式光异构化。
进一步在1构筑的液晶体系中，利用365 nm和520 nm的辐照波长调控CPL信号，分别实现了手性和CPL信号的反转和关闭。而在switch 2构筑的液晶体系中，光调控下仅发生手性的减弱。由此可知，液晶体系中(S, R, S)-switch 1的手性反转源于光敏基元(R)-联萘偶氮光异构前后的手性变化与(S)-联萘固有手性之间的手性对冲和平衡。有趣的是，在整个过程中荧光强度基本不变；并且通过加热，CPL信号能够恢复。此外，CD信号在所有稳态下都与CPL信号高度一致，进一步证实了在不同辐照波长下手性变化的一致性。以上结果表明在液晶体系中实现了真正意义上的CPL信号的可逆开关。
最后，基于1构筑的液晶器件的光学和响应特性，将其演示性应用于制备摩斯电码中，用于多级信息加密。作为概念验证图，该系统具有荧光和CPL信号的双模输出，值得注意的是，在不同的光稳定状态下，荧光没有视觉差异，利用CPL检测器能够解密正确的信息。使用365 nm和520 nm光源进行局部照射时，通过收集整个阵列中每个胆甾液晶微格的发射信号来获得信息。这种由手性分子光开关构筑的外场刺激响应CPL活性材料在信息存储及手性光学器件等领域具有潜在应用价值。
本研究工作得到了江苏省双创团队、国家自然科学基金等项目的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202311486
供稿：化学化工学院