image: 双模（压力触发与DMF触发）荧光开关示意图。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
吉林大学的研究团队开发了一种零维杂化金属卤化物C13N2H16SbCl5 ([BPP]SbCl5)，该材料在压力与溶剂刺激下均表现出可逆的荧光开关行为。这项发表Science Bulletin上的工作，展示了该材料如何在“不发光”与“高亮度发光”状态之间切换，为传感、防伪及自适应光子学系统等多功能光学应用铺平了道路。
传统光学响应材料常受限于单一刺激响应模式及不可逆的信号损失，制约了其实际应用。零维金属卤化物凭借其柔软的晶体框架和受限的电子结构，为构建可逆、多刺激响应的光学开关提供了一个极具前景的平台。
在该研究中，[BPP]SbCl5展现出两种不同的激活途径。在常压条件下，该材料因浓度猝灭效应而不发光。当被压缩至约7.4 GPa时，它经历从单斜相到三斜相的结构转变。由此产生的晶格畸变增强了电子-声子耦合，从而激活了源于自陷激子的宽带橙光发射。随着压力进一步增加至23.0 GPa，发射强度持续稳定增长。
与此同时，该材料对溶剂DMF（N,N-二甲基甲酰胺）表现出高度选择性响应。接触DMF后，材料迅速转变为明亮的黄色发光体，其光致发光量子产率高达97%。这种“开启”态可通过温和加热完全逆转，DMF被移除后材料恢复为非发光相。溶剂诱导的开关行为展现出卓越的循环性能，可逆循环超过10次且性能无衰减。
研究团队利用这种双重响应能力进行了多项应用演示。他们构建了一个高灵敏度DMF检测平台、一个多级光学防伪系统（信息通过DMF显影、加热擦除）以及一个可重构光学逻辑门（能执行 A + B·C′ 逻辑运算）。这些实例凸显了该材料在智能传感、动态信息加密和可编程光计算方面的潜力。
机理研究将荧光开关行为与压力和溶剂驱动的结构畸变联系起来，这些畸变调节了激子局域化并增强了辐射复合效率。这项工作不仅增进了对低维金属卤化物中刺激响应过程的理解，也为设计具有定制功能的适应性光学材料提供了策略。
该研究作者为王敬天、于夕寒、王凯、肖冠军和邹勃。通讯作者为肖冠军教授（xguanjun@jlu.edu.cn）。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及上海同步辐射光源BL15U1线站的支持。