光响应有机功能材料（包括光致变色材料、室温磷光材料及闪烁体等）因其在光激发下表现出的可控光学与电学特性，近年来受到广泛关注。然而，目前报道的光响应有机材料大多仅具备单一功能，且通常需要紫外光激活，这些局限性严重制约了其在可擦除光印刷、多模态信息加密及多通道信息存储等领域的应用。
因此，开发可见光激活的多功能有机材料已成为研究热点。在室温磷光（RTP）材料领域，主客体策略因其显著优势成为备受关注的研究方向。该策略通过将发光体掺杂到主体基质中形成复合体系，主体提供的刚性环境可有效抑制三线态激子的非辐射衰减，同时增强最低单重激发态与最低三重激发态之间的系间窜越效率。
然而，目前报道的所有光致变色RTP材料均需紫外光激活，这一限制严重影响了其实际应用。尽管光致变色与RTP材料研究已取得显著进展，但在单一材料体系中集成可见光触发的光致变色与RTP双重功能仍面临重大挑战。
基于此，西北工业大学黄维院士、于涛教授等人通过局部刚性化设计策略和主客体策略，设计出三种具有可见光触发光致变色与室温磷光双功能特性的三苯乙烯材料，并采用数字光处理3D打印技术成功构建三维结构。本工作不仅为开发兼具光致变色与磷光特性的光敏材料提供了新策略，还为高分辨率光学多通道信息存储领域提供了创新思路。该研究以“3D Printable Materials with Visible Light Triggered Photochromism and Room Temperature Phosphorescence”为题，发表在《Journal of the American Chemical Society》期刊上。
黄维，出生于河北省唐山市，博士毕业于北京大学，中国共产党党员，有机光电子专家，中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、美国国家工程院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、欧亚科学院院士，现任西北工业大学校务委员会副主任、校学术委员会主任、江苏科技大学客座教授、柔性电子前沿科学中心首席科学家。从九十年代初开始，就致力于跨物理、化学、材料、电子、信息、力学、化工、生命和医学等多个学科交叉融合发展起来的有机电子学、塑料电子学、生物电子学、印刷电子学、能源电子学、健康电子学、智能电子学和柔性电子学等科学技术前沿领域研究，在构建有机电子学、塑料电子学、生物电子学和柔性电子学等学科的理论体系框架、实现有机半导体的高性能化与多功能化、推进科技成果转化与产业化方面做了大量富有开拓性、创新性和系统性的研究工作，是中国有机电子学科、塑料电子学科和柔性电子学科的奠基人与开拓者，被业界誉为“柔性电子学之父”。
于涛，教授，博士生导师，翱翔海外学者，兼任西安市柔性电子工程应用中心副主任。于2009年本科毕业于中山大学，2014年博士毕业于香港大学（导师：任咏华院士）。主要从事柔性光电传感材料、高性能OLED材料、有机长余辉材料的设计及其在柔性传感与显示器件，隐身伪装蒙皮种的应用。在Nat. Comm., Research，Adv. Mater., Chem. Sci.，Adv. Funct. Mater.，Adv. Optical Mater.等化学、材料学著名期刊发表文章30余篇。申请专利30余项，主持国家自然科学基金、陕西省重点研发项目、航空科学基金、航天科学技术基金、陕西省自然科学基金、广东省自然基金面上项目、重庆市自然科学基金面上项目、西北工业大学翱翔海外学者基金、广东省青年创新人才、珠江科技新星等10项余国家及省部级项目。
1、可见光触发的双功能材料设计：通过将二苯并噻吩引入三苯乙烯骨架，拓展π共轭体系，成功实现吸收和激发光谱红移，使材料在可见光（405 nm）下同时具备光致变色和室温磷光（RTP）双功能特性，突破传统光响应材料依赖紫外光的限制。
2、主客体策略与局部刚性调控协同增强性能：采用卤素取代（F/Cl）和扭曲分子构型，强化分子间相互作用（如C-H···π、卤素键），稳定三线态激子并抑制非辐射衰减；结合聚合物基质（EA/AA）的刚性环境，显著提升系间窜越（ISC）效率和磷光寿命，同时保留分子异构化自由度以维持光致变色活性。
3、高分辨率3D打印与多通道信息存储应用：利用DLP 3D打印技术，通过调控掺杂浓度（0.01 wt%和1 wt%）在三维结构中编程制备高分辨率的光致变色-磷光双响应图案，实现动态光学调控，为光学加密和多通道信息存储提供了创新解决方案。
图1三苯乙烯材料DBTDpH、DBTDpF和DBTDpCl的设计
图1展示了一系列三苯乙烯衍生物（DBTDpH、DBTDpF和DBTDpCl）。通过结合主客体策略与局部刚性调控，这些双功能材料在可见光（405 nm）激发下同时实现了高效光致变色转换与持久室温磷光发射，并成功通过数字光处理（DLP）打印技术完成高分辨率三维制备。
图2 DBTDpCl的光致发光与光响应特性
图2为深入研究可见光触发的光致变色与室温磷光（RTP）特性，并可视化光开关行为以拓展高端应用，将这些分子以1 wt%的质量分数掺入光敏树脂EA/AA基质中。制备的EA/AA掺杂薄膜经1小时固化后，于70℃干燥箱中处理24小时进行测试。DBTDpCl@EA/AA薄膜在紫外（365 nm）或可见光（405 nm）照射后呈现黄色RTP发射。
与游离态DBTDpCl的延迟发光光谱相比，薄膜的延迟发光光谱在559 nm处显示相同的三重态发射峰，证实其磷光本质来源于掺杂的DBTDpCl分子。值得注意的是，尽管聚合物基质存在分子构象锁定效应，DBTDpCl@EA/AA材料仍展现出卓越的光致变色可逆性和抗疲劳性。
图3 DBTDpH/DBTDpF/DBTDpCl单晶中的分子间相互作用与堆积结构
图3为深入探究分子间相互作用，重点分析了这些化合物的单晶结构及其分子堆积模式。这些分子间作用力与空间共轭网络共同形成了规则且致密的晶体结构，同时抑制了光照下的闭环反应，这与实验观察到的晶态无光致变色现象完全吻合。值得注意的是，卤素取代（F/Cl）不仅增强了分子间作用力，还通过电子效应调控了材料的发光特性——这一发现为后续分子设计提供了重要指导。
图4 DBTDp系列化合物的轨道能级分析与RTP构建策略
图4通过理论计算揭示了DBTDpH、DBTDpF和DBTDpCl可见光触发光致变色与室温磷光（RTP）的内在机制。三种化合物的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）均分布在共轭骨架上。由于氯原子的大半径可有效离域π电子，LUMO能级从DBTDpH到DBTDpCl依次降低（-1.45 eV→-1.65 eV→-1.83 eV）。卤素取代与扩展π共轭协同作用使HOMO-LUMO能隙从4.19 eV（DBTDpH）缩小至4.14 eV（DBTDpF）和4.01 eV（DBTDpCl），导致可见光区吸收，从而实现405 nm光照下的特异性光致变色。
计算数据表明二聚体结构中空穴/电子分布于两个分子上，较大的SOC值促进了RTP产生。这种紧密二聚结构可吸收可见光，并在EA/AA基质中有效抑制非辐射衰减。低能级的激子特性使这些三苯乙烯衍生物的RTP激发光谱红移至可见光区。
图5 基于DBTDpCl@EA/AA树脂的3D打印结构光致发光与应用展示
图5展示了开发出基于三苯乙烯衍生物（DBTDpCl@EA/AA）的可见光响应双功能材料，通过3D打印实现光致变色（无色变红）和室温磷光（黄光余辉）特性，并利用浓度梯度（0.01-1wt%）在打印结构中实现差异响应。该材料可用于多通道信息存储，如在不同光照条件下读取不同加密信息（如”NATURE”和”6182×3″）。这种集光致变色与磷光于一体的3D打印材料，具有仿制难度高、操作简便等优势，为光学信息加密和多功能器件开发提供了新思路。
本研究首次实现了可见光触发光致变色与室温磷光双功能3D打印材料的开发。通过合理的分子设计策略，扭曲构型的三苯乙烯衍生物（DBTDpH、DBTDpF和DBTDpCl）在溶液态、非晶态及聚合物态均表现出显著的可见光诱导无色变红光致变色特性。基于局部刚性化设计策略，EA/AA基质提供的刚性环境有效抑制非辐射衰减，使材料在405 nm光照下呈现明亮的黄色室温磷光。通过系统的光物理研究阐明了作用机制，并成功将该材料应用于高精度DLP 3D打印，构建了个性化结构。这项工作为智能光响应材料的设计提供了新思路，推动了高分辨率3D打印和多通道信息存储领域的应用发展。
3D Printable Materials with Visible Light Triggered Photochromism and Room Temperature Phosphorescence. Journal of the American Chemical Society.
https://doi.org/10.1021/jacs.5c00976