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近年来,光致变色分子因其在光学记录、传感器件、智能显示窗以及超分子体系光触发单元等方面的广泛应用而受到人们的关注。传统的光致变色分子多由紫外光触发,但由于有色异构体同样能吸收激发紫外光,使得转换效率相对不高,同时短波长的紫外光还会导致材料本身的化学光降解;另外紫外光也会对生物体细胞造成损害,这在一定程度上进一步限制了其在生物领域的应用。相比于传统的紫外光激活开关,负光致变色材料可以通过可见光刺激实现着色-无色状态的转变,由于无色异构体并不吸收可见激发光,因此有望实现高效的转换效率。然而目前被报道的负光致变色体系大多还需要依赖外界环境条件,特别是大部分都需要在溶液状态下才能完成转化过程,真正实现负光致变色功能的固体器件仍然非常稀少。更重要的是,这些负光致变色体系大部分没有荧光转换性质。因此,优化和改进负光致变色体系具有重大意义,它不仅能够为负光致变色材料提供新思路和方法,而且还能进一步扩展其在智能显示、防伪加密、化学传感、生物成像等领域的应用。在第二章中,为了降低负光致变色分子对溶液环境基质的依赖性,进一步推进其在固态显示等领域的应用,我们设计制备了一种基于芘修饰的硝基螺吡喃Py-Sp-NO2,它不需要基底辅助,直接通过加热就可以反转硝基螺吡喃的热力学稳定性,从而构筑了一种新型的负光致变色固体荧光开关分子。并以螺吡喃骨架为模型分子,合成了不同的供电子基团和吸电子基团取代的螺吡喃衍生物作为对照分子,考察了它们的热致开环性能和相应的荧光性能,进一步通过密度泛函理论DFT理论计算揭示了取代基效应对构筑负光致变色荧光分子的影响。此外,还研究了Py-Sp-NO2在单分散、分散和结晶粉末等不同聚集态下的分子间作用力对构筑负光致变色荧光分子的影响。结果表明,芘的供电性和平面性以及适当的分子间相互作用共同决定了其热致开环性能,对负光致变色分子的构筑起着重要的作用。同时,芘的引入保证了该材料良好的荧光性能。该负光致变色荧光分子发出热稳定的远红光,具有很高的量子产率。这些特性使其在生物成像和显示领域具有潜在的应用前景。在第三章中,为了解决负光致变色材料没有荧光或仅有一种荧光转换的问题,并尝试将其应用于生物成像领域,我们设计合成了一种新型的基于TPE-Sp-SO3染料分子的负光致变色纳米粒子。通过调节染料分子和包覆基质的类型、比例等参数对纳米粒子的发光性能和形貌进行调控,得到了兼顾荧光转换性质和较好粒径分布的纳米粒子。此纳米粒子不仅在可见光和黑暗放置条件下可以实现红-绿双色荧光可逆开关的效果,更重要的是,它对环境本身的依赖性很小,并且具有良好的光稳定性以及光转换效率,样品进行超过10次循环周期的光开关测试后只产生了轻微的“光疲劳”效应。通过纳米粒子生物功能化,该纳米粒子依旧具有红-绿荧光转换性质,在生物成像领域具有很大的应用前景。