清华新闻网10月16日电 刺激响应变色材料在特定的外部刺激（如热、力、电刺激等）时表现出颜色切换的特性，被广泛应用于数据加密、图案防伪等领域。过渡金属配合物具有不同带隙的多重激发态，其激发态不仅受化学组成的影响，还依赖于分子间的堆叠方式，因此成为刺激响应变色材料的有力候选者。铂（II）配合物具有平面结构，在聚集状态下易形成有序堆叠，从而改变配合物的激发态组成，展现出优异的刺激响应效应。但由于铂配合物自身发光效率较低，且在直接堆叠的过程中容易造成聚集淬灭，进一步降低其发光效率，因此，开发多种激发态均具备高发光效率的新型过渡金属配合物材料，对于实现更卓越的刺激响应变色效应至关重要。

相比于铂（II）配合物，铱（III）配合物具有较高的稳定性和发光效率，却由于其六配位、八面体的立体构型，难以形成有序堆叠，因此，通过类似的堆叠策略来实现铱配合物的激发态转换和刺激变色响应是一个巨大挑战。

图1.自组装诱导的激发态转换实现刺激响应变色

近日，清华大学化学系马冬昕团队利用自组装策略，对离子型铱配合物中的配体结构和抗衡离子进行理性设计，实现了八面体铱配合物的有序堆叠和激发态的刺激响应转换。通过采用富电子的配体和缺电子的四面体阴离子全氟苯基硼酸根，八面体阳离子与四面体阴离子完成了构型上的精准互补，并通过芳香环的电荷匹配形成强有力的极性π-π相互作用，从而实现了八面体铱配合物的自组装堆叠。通过这种自组装形成的刚性环境，在光致发光过程中，铱配合物本身的金属-电荷转移激发态（3MLCT）向配体中心激发态（3LC）转换，从而实现了54nm的显著光色蓝移。这种依赖分子间相互作用的刚性环境可以通过机械力研磨和溶剂熏蒸而破坏，从而实现铱配合物的发光颜色在黄色与天蓝色之间的可逆转换。研究团队通过材料图案化刺激变色以及数字变换，展示了该材料在数据加密和防伪领域的应用潜力。

图2.极性π-π相互作用的晶体结构展示和信息加密应用

该研究提出了一种全新的普适性策略，解决了八面体配合物立体结构的有序堆叠和刺激响应激发态转换这一难题，为多重刺激响应性变色材料的发展开辟了新前景。

相关研究成果以“基于自组装的结构刚化策略实现铱（III）配合物可逆激发态转换，用于多重刺激响应型数据加密”（Structural Rigidification Strategy Based on Self-Assembly Enabled Reversible Excited-State Conversion of Iridium（III） Complexes for Multiple-Stimulus-Responsive Data Encryption）为题，于10月15日发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，JACS）。

清华大学化学系2021级博士生刘翔宇为论文第一作者，清华大学化学系副教授马冬昕和北京科技大学材料学院副教授康岳桐为论文共同通讯作者，清华大学化学系为第一通讯单位。研究得到国家自然科学基金委、清华大学笃实计划等的支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c12454

供稿：化学系

题图设计：李娜

编辑：李华山

审核：郭玲