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研究背景

光致变色材料是一类能够在光照下发生可逆颜色变化的材料，广泛应用于光学、信息存储、环境修复等领域。与传统的无机光致变色材料相比，有机光致变色材料具有更好的结构多样性和可调性，能够根据需求灵活定制材料性能，因此在研究和创新中备受关注。然而，有机光致变色材料也面临低光效、有限的长期耐久性以及对光疲劳的敏感性等问题，这些挑战制约了其在商业和工业领域的应用。尤其是在固态系统中，由于多孔基体对光致变色分子的几何限制，导致光异构化过程受阻，降低了材料的光响应性。因此，如何优化固态光致变色材料的性能，尤其是在耐用的纳米多孔材料中，成为当前研究的一个热点。

成果简介

为了解决这一问题，牛津大学Samraj Mollick & Jin-Chong Tan教授在Nature Reviews Materials期刊上发表了题为“Organic solid-state photochromism using porous scaffolds”的最新论文。该团队通过总结有机光致变色分子的特点，提出了将这些分子封装在定制的多孔支架中的策略，成功克服了传统固态基体带来的几何限制问题。研究人员通过使用金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）等多孔支架，成功地提高了有机光致变色分子的光响应性。

利用这些支架的高度可调孔结构，团队实现了分子光致变色特性的增强，使得光转换效率显著提高，且在环境因素的影响下，光致变色性能得到了显著改善。这一研究成果为固态光致变色材料的商业化应用提供了新的思路，展示了多孔支架在优化光响应性材料中的巨大潜力。

研究亮点

（1）实验首次总结了固态光致变色材料中使用各种定制多孔支架和有机光致变色分子的关键成就，揭示了过去二十年中这些材料在光开关特性和耐久性方面的显著进展。
（2）实验通过结合金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、多孔有机聚合物（POPs）等多孔支架，有效地提升了有机光致变色分子的光响应性和耐久性。研究表明，这些多孔支架通过提供受限的微环境，防止了分子的聚集，并确保其均匀分布，从而大幅提高了光转化效率和颜色变化的稳定性。
（3）实验通过优化支架的孔径、结构和亲疏水性，进一步改善了光开关材料的光效。具体来说，选择适当的支架能显著增强材料的表面面积和光照相互作用，进而提高光致变色的性能。
（4）实验还提出了设计多孔支架的原则，旨在为开发高效的固态光致变色材料提供新的思路。这些原则包括选择合适的多孔结构和光致变色分子，以实现最大化的光响应性。

图文导读

图1：过去二十年中，使用各种定制多孔支架和有机光致变色分子在固态光致变色领域取得的关键成就的时间轴。

图2：多孔支架和有机光开关的选择。

图3：利用多孔支架设计高效光开关固体的设计选项。

结论展望

本文将有机光致变色分子与多孔支架结合，能够实现分子和宏观层面上的光学操控，为开发新型智能设备和光控应用提供了巨大潜力。通过优化分子设计和化学修饰，尤其是使用反向光致变色分子和长波长光引发的光致变色效应，有望实现更高效的固态光致变色材料。

这一方向不仅推动了光学存储、智能窗户、自清洁表面等技术的创新应用，还能在靶向治疗、光刻和机器人技术等领域带来突破。此外，材料的薄膜化和精确控制光致变色分子的装载位置，将有助于提高材料性能，解决当前多孔支架材料在散射效应和分子间相互作用方面的挑战。

综上所述，未来通过进一步深入研究光响应材料的分子与支架相互作用、局部结构以及反向光致变色分子的应用，定制化多孔支架有望在各类光控技术中发挥关键作用，推动智能材料与设备的发展，为各个工业领域的创新提供理论依据和技术支持。

文献信息

Mollick, S., Tan, JC. Organic solid-state photochromism using porous scaffolds. Nat Rev Mater (2025).

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