近日，華東理工大學化學與分子工程學院朱為宏教授課題組在發展新型全可見光驅動二噻吩乙烯光致變色染料體系的研究中取得了突破性進展，相關研究成果以“All-Visible-Light Activated Dithienylethenes Induced by Intramolecular Proton Transfer”為題發表在國際學術期刊《美國化學會志》上(DOI: 10.1021/jacs.9b07357)。

光控分子開關是一類在兩束不同波長光作用下結構發生可逆互變的功能性分子，在光調控相關的研究領域有著重要而廣泛的應用。其中，基于光環化反應的二噻吩乙烯（Dithienylethene, DTE）類光致變色染料體系由于具有良好的熱穩定性、優異的抗疲勞度和快速響應等優點而備受關注。然而，二噻吩乙烯分子的開環體通常需要在紫外光激發條件下進行光調控操作，而短波長高能量的紫外光具有高傷害、低穿透性等缺點，阻礙了分子光開關在生物應用中的快速發展。因此，亟需研究并開發全可見光作用下的二噻吩乙烯光致變色染料體系，以更溫和的可見光替代紫外光激發其光異構化過程，拓寬其應用領域。

在二噻吩乙烯光致變色染料體系的開發及應用中，全可見光調控一直是研究的熱點，但目前已有的策略往往會損失二噻吩乙烯自身的優異性能，導致一些如光環化效率急劇降低，甚至完全失去光調控性能，并且在分子結構層面缺乏一個通用且可靠的結構模塊來指導發展全可見光驅動的二噻吩乙烯。

分子內質子轉移（Intramolecular Proton Transfer, IPT）是一個普遍存在于氫鍵體系中的現象，如在水楊基亞胺類化合物中，活潑氫在質子給體酚羥基與質子受體亞胺鍵之間存在動態轉移平衡過程，當活潑氫從氧原子轉移到氮原子上，即從OH-構型轉移到NH-構型，與OH-構型相比，該課題組創新利用IPT產生的NH-構型吸收紅移，從而**實現全可見光驅動的光致變色現象（all-visible-light triggered photochromism），同時也兼顧了其優異的光調控效率和良好的熱穩定性、優異的抗疲勞度等性能。作為一種通用的設計策略，該分子內質子轉移單元IPT的引入，首次發展成可靠的模塊設計全可見光驅動的二噻吩乙烯染料體系，可有效避免短波長的紫外光，*終以更溫和的可見光替代紫外光激發其光異構化過程，成功拓寬其應用領域，為全可見光調控二噻吩乙烯光致變色染料及光開關的設計提供了簡單有效、直接明確的新思路。

由于IPT效應的普遍性，基于IPT機理的目標體系可以作為一個可推廣的模塊去設計更多性能優異的可見光二噻吩乙烯光開關。進一步將IPT功能基團中的質子受體部分，也就是亞胺鍵進一步發展為芳基亞胺、噻唑、喹唑啉酮等結構，均具有IPT特征，能夠賦予二噻吩乙烯染料體系在可見光區的新的吸收帶，從而產生優異的全可見驅動的光致變色性能。定量化分析該類基于IPT機理的全可見光驅動的二噻吩乙烯化合物，發現在450nm可見光下的光環化量子效率相較于傳統的可見光二噻吩乙烯體系有了非常大的提升（*高達到31.9%），并且都有著優異的光反應的轉化率（*高達到94.9%）。同時，該類體系在全可見光調控過程中能夠有效減輕副反應的發生，從而有著比傳統紫外光調控體系更優異的抗疲勞度性能。另外，二噻吩乙烯分子優異的熱穩定性也得到了保持。這些研究結果充分證明了，該課題組所提出的基于分子內質子轉移IPT機理確實是一個高效而又可靠的發展全可見光驅動二噻吩乙烯光開關的新策略。

該工作由博士生奚韓誠和博士后張維偉在朱為宏教授和張志鵬教授的指導下完成，并得到了田禾院士的指導。該研究成果得到了Feringa諾獎中心、國家自然科學基金基礎科學中心項目和重點項目、上海市重大專項、上海市創新計劃、“111”引智計劃以及中國博士后科學基金等項目資金的支持。