Flipping the Switch: Fast Photoisomerization in a Confined Environment

光异构化 光致变色 螺吡喃 化学 二芳基乙烯 异构化 光化学 分子开关 固态 密闭空间 纳米技术 分子 有机化学 催化作用 材料科学 物理化学
作者
Derek E. Williams,Corey R. Martin,Ekaterina A. Dolgopolova,Anton Swifton,Danielle C Godfrey,Otega A. Ejegbavwo,Perry J. Pellechia,Mark D. Smith,Natalia B. Shustova
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (24): 7611-7622 被引量:111
标识
DOI:10.1021/jacs.8b02994
摘要

Stimuli-responsive materials are vital for addressing emerging demands in the advanced technology sector as well as current industrial challenges. Here, we report for the first time that coordinative integration of photoresponsive building blocks possessing photochromic spiropyran and diarylethene moieties within a rigid scaffold of metal–organic frameworks (MOFs) could control photophysics, in particular, cycloreversion kinetics, with a level of control that is not accessible in the solid state or solution. On the series of photoactive materials, we demonstrated for the first time that photoisomerization rates of photochromic compounds could be tuned within almost 2 orders of magnitude. Moreover, cycloreversion rates of photoresponsive derivatives could be modulated as a function of the framework structure. Furthermore, through MOF engineering we were able to achieve complete isomerization for coordinatively immobilized spiropyran derivatives, typically exhibiting limited photoswitching behavior in the solid state. For instance, spectroscopic analysis revealed that the novel monosubstituted spiropyran derivative grafted to the backbone of the MOF pillar exhibits a remarkable photoisomerization rate of 0.16 s–1, typical for cycloreversion in solution. We also applied the acquired fundamental principles toward mapping of changes in material properties, which could provide a pathway for monitoring material aging or structural deterioration.
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