光致变色染料（photochromic dyes）或光控分子开关（photoswitch）是一类在特定波长光激发下可逆切换异构体的功能分子，在智能材料、信息加密及生物医学等领域具有广阔应用前景。然而，传统光开关多依赖紫外光激发，存在能耗高、损伤性强、穿透性差等瓶颈问题，严重限制了实际应用。
近日，我校化学与分子工程学院张隽佶教授、田禾院士团队在国际著名学术期刊《美国化学会志》发表题为“Vintages for New Fashion: Red-Shifted Photoswitching via the Triplet-Photoreaction Channel with Charge-Transfer Complex Sensitizers”的研究论文，提出了一种基于电荷转移复合物（CTC）从三线态路径高效敏化二芳基乙烯分子进行可见光光致变色的新策略（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 5486−5494）。
该团队早期通过结合热活化延迟荧光（TADF）型敏化剂（如4CzIPN），建立了一种三线态敏化可见光光致变色的策略（Nat. Commun. 2019, 10, 4232.; Chem. Sci. 2024, 15 (15), 5539-5547.）。然而，传统TADF分子往往具有更强的发光性能，但电荷转移（CT）态振子强度（f值）通常较低（约0.0001），作为敏化剂时可见光吸收弱、激发效率受限。此外，其窄单-三线态能隙调控依赖于自身扭曲的D-A结构，合成与修饰有较高难度，分子能级难以调节。
针对上述挑战，作者创新性地提出基于CTC的高效敏化策略，通过将商业化苯并[b]噻吩衍生物（给体）与四氰基苯（受体）简单研磨或共结晶，构建了吸收强、单-三线态能隙窄（低至0.02 eV）且能级可精准匹配的CTC敏化剂（如IBTC），实现了高效三线态能量转移与全可见光驱动的双向光致变色。这一设计相比于传统TADF分子敏化体系具有如下优势：CTC敏化剂具有更强的光捕获能力。CTC呈现出明亮的黄色，在400-500 nm可见光区形成了极强的吸收带。振子强度比传统TADF分子提升近百倍（f≈0.038），显著增强光能利用效率。CTC敏化剂制备更加简便，能级可灵活匹配。制备CTC敏化剂，仅需将商业化的给体与受体物理混合研磨或共结晶，即可快速构建高性能敏化剂，大幅降低成本。通过更换不同给体与受体组合，可自由调控三线态能级，适配多种光开关体系。
IBTC与DAE-1的能级匹配体系（T1=2.29 eV vs. 2.01 eV）通过三线态-三线态能量转移（TTET）引发光致变色，在475 nm/605 nm下可以对DAE-1进行高效可逆光调控。实验表明，该体系抗疲劳性显著优于紫外光激发（可重复10个循环以上），持续光照100 min后，副产物生成量降低约75%。同时，CTC/二芳基乙烯体系的紧密固相结构减弱了氧气的扩散，规避了氧气对TTET过程的干扰。能级失配的CTC/二芳基乙烯体系敏化效率显著下降，而IBTC/DAE-1的荧光寿命衰减与瞬态吸收变化直接印证了TTET过程的高效性。此外，CTC/二芳基乙烯体系展现出独特的“光致变色-荧光开关”协同效应。IBTC本身展现出明亮的黄绿色荧光（λmax=535 nm），与DAE-1混合后的体系在475 nm激发下，经由三线态生成的闭环异构体吸收与IBTC发射光谱产生重叠，通过荧光共振能量转移（FRET）显著淬灭IBTC荧光，量子产率下降至原先的12%左右。在605 nm照射下，黄绿色荧光又可以随着开环异构体的生成可逆恢复。这一特性为多级信息加密等应用领域提供了双信号输出新方案。
该论文共同第一作者为华东理工大学博士生王文辉、戴竞红、特聘副研究员张志伟，相关研究工作在张隽佶教授和田禾院士的指导下完成。该研究工作得到了国家优秀青年科学基金、国基金面上项目、上海市科委基础研究领域项目等支持。