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Chem. Eur. J. :多重刺激响应性变色苝酰亚胺/聚乙烯醇体系助力多维信息加密

中山大学和广东工业大学陈旭东团队通过构筑苝酰亚胺与聚乙烯醇超分子共组装体系,利用光生电子转移和湿致PVA氢键网络破坏的策略,精准调控苝酰亚胺生色团的氧化还原特性和分子聚集态结构,实现了逐步式多重光致-湿致刺激响应变色,可用于多维信息加密应用。



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图1 DLA-PBI/PVA共组装体系的光致-湿致变色机理

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图2 DLA-PBI/PVA共组装体系的防伪和多维信息加密应用

随着信息化的飞速发展,信息安全在当今社会变得越发重要。其中,光学加密技术具有验证直观方便和信息存储量大等优势,在信息防伪加密领域日益受到重视。然而,目前大多数光学加密体系仅可实现单维的信息加密,即体系中只包含一个输入、一种材料和一个输出,仅可实现从“0”到“1”的单一转换,导致这些体系信息容易被破解、复制和篡改,从而降低信息权威性。因此,迫切需要开发新型的多维信息加密体系,以实现同一材料多种输入/输出,增强信息伪造难度,增大信息存储容量。


苝酰亚胺(PBI)及其衍生物是一类具有大π共轭骨架的稠环芳烃体系,凭借其独特的光物理特性、强的电子亲和性和可调节的自组装行为等特点,在染料和颜料领域受到了广泛的关注。通过氧化还原反应,PBI可实现中性、自由基阴离子和双阴离子的相互转换,并伴随着明显的可见光颜色变化。同时,氧化还原过程新生的非共价键作用(如阴离子-π相互作用),可进一步诱导聚集体的结构重排,以作为生色团光物理特性的额外调控手段。然而,其氧化还原特性过度依赖于电化学和化学调控,缺乏刺激输入的便捷性和可及性。


基于上述问题,中山大学和广东工业大学陈旭东团队通过将氨基酸官能团化水溶性PBI分子(DLA-PBI)与 PVA进行共组装,构筑了超分子体系,以光和水作为刺激输入源,实现了逐步式的多重刺激响应变色,实现了多维的光学图案信息加密应用。DLA-PBI的刺激响应变色行为通过其氧化还原特性调控和发色团重排来实现,包括从PVA到PBI的光诱导电子转移促发PBI阴离子的生成,PBI发色团间的堆叠重排,以及PBI阴离子的淬灭(图1)。DLA-PBI/PVA薄膜在紫外光照下从红色变为紫色,在水的作用下变为橙色。通过PVA品种、相对湿度和PBI掺杂量的可控调节,实现了时间依赖光致和湿致变色行为的精准调控,从而实现了难仿制和易解读的信息加密效果(图2)。我们的研究提供了一种新型可用于多维信息加密的PBI/PVA超分子体系,为实现多维光学加密提供了一种全新的思路和方法。

文信息

Stepwise Stimuli-Responsive, Multicolor-Chromic Perylene Bisimide/Polyvinyl Alcohol Co-assembly System for Information Encryption

Yechang Feng, Dr. Zetong Ma, Dr. Shilong Zhong, Prof. Cheng Wang, Prof. Xudong Chen

文章第一作者为冯业昌


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202301074




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