光调控分子材料电子结构以及多功能耦合研究进展

光响应智能材料可以在不同波长的光照射下，在两个或多个状态之间可逆切换，导致材料颜色、形状、磁性、电性等物理化学的性质变化，有望应用于分子开关、传感及高密度存储器件等领域。目前，光响应分子材料的研究主要集中在罗吡喃和偶氮苯类衍生物，通常涉及分子结构层次上的化学键异构或基团转动，只能在溶液中进行高效的转换，如何在固态实现各种功能的快速可逆控制是发展固态光响应分子器件中面临的重要挑战。光诱导金属离子的电子迁移或者重排可以在电子结构层次调控分子性能，不仅具有响应速度快、空间选择性好等优点，而且可以在固态进行高效可逆的转变，有望实现固态分子材料多功能调控。

精细化工国家重点实验室刘涛教授课题组长期致力于自旋交叉和电荷转移型功能分子材料的研究，在深入思考光诱导电子迁移重排与材料多功能耦合之间的关系基础上，提出利用光诱导电子迁移与重排引起的自旋、电荷、键长以及吸收光谱等的变化调控分子材料性能。利用光诱导电子重排可以调控金属离子的自旋态和磁各向异性，成功实现了对磁性双稳态和单链磁体行为的双向可逆切换，为信息的读与写提供了新的策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5119; Nature Communications 2013, 4, 2826; Chem. Sci. 2018, 9, 617）；光诱导电子重排可以驱动分子内电荷的重新分布，造成对称性破缺，从而控制分子内偶极的产生与消失（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4367; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7663; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8468）；金属离子内或金属离子间的电子迁移伴随着配位八面体键长和键角等的变化，从而产生巨热膨胀或负热膨胀，有望应用于光控纳米马达和微型驱动器等（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13052）；最近，利用自旋交叉基元和荧光功能基元通过配位键连接，通过提高分子内能量转移效率，成功实现了利用光诱导自旋交叉对荧光发射性能的调控，为进一步实现光调控分子稳态材料多功能化和器件化提供了基础（Chem. Sci. 2018, 9, 2892; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12216）。

基于课题组的研究成果，刘涛教授受国际知名化学期刊Accounts of chemical Research邀请撰写综述(Yin-Shan Meng, Tao Liu. Manipulating Spin Transition To Achieve Switchable Multifunctions. Acc. Chem. Res. 2019, 52, 1369)，阐释利用光调控分子材料电子结构以及多功能耦合方面的思考与进展。青年教师孟银杉为本文第一作者，刘涛教授为通讯作者。

以上工作得到了国家自然科学基金重大研究计划项目、创新研究群体项目和大连理工大学的大力支持。