高对比度阳离子型力致变色材料的设计、 合成与性质

doi:10.7503/cjcu20230289

高等学校化学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 20230289.doi: 10.7503/cjcu20230289

高对比度阳离子型力致变色材料的设计、合成与性质

耿鹏¹, 向娟娟¹, 张兴红¹, 袁爽¹, 毛妙付¹, 卢运祥², 肖述章¹()

^1.三峡大学材料与化工学院, 宜昌 443002
^2.华东理工大学化学系先进材料重点实验室, 上海 200237

收稿日期:2023-06-19 出版日期:2023-11-10 发布日期:2023-08-29
通讯作者: 肖述章 E-mail:shuzhangxiao@ctgu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(22171163);三峡大学“111”创新引智基地计划项目(D20015);宜昌市自然科学研究项目(A23-2-025)

Design， Synthesis and Properties of High-contrast Cationic Mechanofluorochromic Materials

GENG Peng¹, XIANG Juanjuan¹, ZHANG Xinghong¹, YUAN Shuang¹, MAO Miaofu¹, LU Yunxiang², XIAO Shuzhang¹()

^1.College of Materials and Chemical Engineering，China Three Gorges University，Yichang 443002，China
^2.Key Laboratory for Advanced Materials and Department of Chemistry，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China

Received:2023-06-19 Online:2023-11-10 Published:2023-08-29
Contact: XIAO Shuzhang E-mail:shuzhangxiao@ctgu.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22171163);the “111” Intellectual Attraction Base Project in CTGU, China(D20015);the Yichang Natural Science Research Program, China(A23-2-025)

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摘要/Abstract

摘要：

高对比度有机力致变色荧光材料在商标防伪和信息存储中具有潜在应用价值, 但关于发光变化显著 (>100 nm)的力致变色材料的研究报道非常少. 本文设计合成了具有大偶极矩的D-π-A有机分子N,N-二苯基-N-4-[2-(喹啉-2-基)乙烯基]苯胺盐酸盐(QV-TPA-HCl), 并对其进行了多形貌预测. 预测结果表明, QV-TPA-HCl可能形成单分子态和π聚集体两种形式, 而实验获得的单晶结构与预测的π聚集体的结构一致. 在经过30和100 ℃交替研磨后, π聚集体与单分子态之间能够可逆地转变, 导致其荧光在近红外(673 nm)与绿光(490 nm)之间进行可逆改变, 力致荧光差异达到183 nm. 本文研究结果为设计高对比度力致变色荧光材料提供了新思路和新方法．

关键词: 力致变色, 多形貌预测, 质子化, 刺激响应, 荧光

Abstract:

High-contrast organic mechanofluorochromic materials have potential applications in security ink and memory devices， but the mechanochromic materials with luminescence change over 100 nm are still limited. In this work， we designed a D-π-A organic molecule with large dipole moment N，N-diphenyl-4-［2-（quinolin-2- yl）］aniliue hydrochloride（QV-TPA-HCl）， and performed Polymorph for the design molecule. Polymorph indicated that it had the potential to form both monomer and π-π stacked cluster. Single crystal structure proved the formation of π cluster. Upon alternative grinding at 30 ℃ and 100 ℃， Near-infrared fluorescence（673 nm） and green luminescence（490 nm） could be obtained with luminescence difference 183 nm， due to the reversible conversion between the π cluster and monomer. Our investigation presents a rational strategy for designing high-contrast mechanochromic materials with significant luminescence change.

Key words: Mechanochromic, Polymorph, Protonation, Stimuli-responsive, Fluorescence

中图分类号:

O625

TrendMD:

耿鹏, 向娟娟, 张兴红, 袁爽, 毛妙付, 卢运祥, 肖述章. 高对比度阳离子型力致变色材料的设计、合成与性质. 高等学校化学学报, 2023, 44(11): 20230289.

GENG Peng, XIANG Juanjuan, ZHANG Xinghong, YUAN Shuang, MAO Miaofu, LU Yunxiang, XIAO Shuzhang. Design， Synthesis and Properties of High-contrast Cationic Mechanofluorochromic Materials. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(11): 20230289.

图/表 5

Fig.1 Chemical structures of the designed molecule QV⁃TPA⁃HCl(A) and predicted molecular packing with the most and least intense intermolecular π⁃π interactions(B)(chloride anion was ignored for clarity)

Fig.2 Concentration⁃dependent absorption(A) and fluorescence spectra(B) of QV⁃TPA⁃HCl in chloroformcQV-TPA-HCl/（mol·L‒1）： a. 1×10‒4； b. 5×10‒5； c. 3×10‒5； d. 1×10‒5； e. 5×10‒6； f. 1×10‒6； g. 5×10‒7； h. 1×10‒7.

Fig.3 Conformation(A) and intermolecular π⁃π interaction(B) in the obtained single crystal(chloride anion ignored for clarity) and fluorescent spectra and image(inset) of single crystal(C)

Fig.4 Fluorescent spectra and optical images(insert) of QV⁃TPA⁃HCl under mechanical stimulus(A) and XRD patterns of QV⁃TPA⁃HCl powder during the mechanical process(B)

Fig.5 Proposed mechanochromic mechanism of QV⁃TPA⁃HCl

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