纳秒激光诱导的二芳基乙烯纳米粒子中光致变色反应的放大

爱媛大学的一个研究小组在强纳秒激光脉冲的诱导下，发现了光致变色二芳基乙烯的水性纳米粒子胶体中的开环反应产率大大提高，并阐明了其放大机理。研究结果于2020年7月4日发表在《化学通讯》上，并发表在该杂志的封底。

固体中的有机分子与溶液中的分子具有不同的环境，这是因为分子运动/振动受到限制以及相邻分子之间的电子相互相互作用。预期有机固体会从溶液中显示出不同的光化学反应和光物理性质。特别地，诸如高超短脉冲激光的高光子密度的光照射到固体上允许多发色团和多光子之间的相互作用，导致新颖的光化学反应，这是常规光照射无法实现的。

在这项研究中，研究人员将二芳基乙烯衍生物作为有机固体样品。九州大学的Irie教授首先合成的二芳基乙烯衍生物显示出无色开放形式和有色封闭形式之间的光诱导可逆转化。光转化过程中的化学键重排不仅迅速引起颜色变化，而且引起各种物理和化学性质例如荧光光谱，折射率，氧化/还原电势和手性。最近，世界上许多研究人员报告说，二芳基乙烯晶体通过利用其形状变化(如膨胀/收缩，光线弯曲和卷曲)显示出光机械功能。因此，二芳基乙烯衍生物作为下一代光能转换材料已经引起了广泛的关注。

在这项研究中，研究人员通过再沉淀方法制备了封闭形式的二芳基乙烯衍生物的水性纳米粒子胶体，并研究了单次纳秒激光照射后从封闭形式到开放形式的开环反应产率。脉冲(激发波长;532nm，脉冲持续时间;6ns)。结果，纳米颗粒的反应产率显示出随着激光通量的三级增加，而溶液的反应产率单调地增加。即，研究人员首次发现仅在纳米颗粒中观察到纳秒激光脉冲引起的反应产率的非线性增加。在稳态和时间分辨光谱学的结果的基础上，放大的开环反应的机理可以通过“光协同效应”结合纳米级光热转化和纳米粒子中的光化学反应来解释。

与简单的温度效应不同，纳米级激光加热效应，即激发分子的光热转化和纳米级的热传导，起着重要的作用。简而言之，一个封闭的分子在ns脉冲中被一个光子激发，从而加热了周围的分子(生成了由高温的多个分子组成的热团簇)。当热簇中的另一个分子吸收相同脉冲的另一个光子时，增强的开环反应将在这种瞬态高温条件下发生。

该过程取决于多发色团和多光子之间的相互作用，这可以通过将具有高分子密度的有机固体与具有高光子密度的ns激光脉冲相结合来诱导。这些结果将加深对新型激光诱导的固态光功能材料反应的“光协同反应”特性的理解。

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