手性光学开关在外部刺激下可以表现出不同状态间的可逆变化，对新一代智能材料的发展具有重要意义。由于光刺激的便捷性以及圆偏振发光(CPL)的易探测性和多维性，光响应型的圆偏振发光手性开关近年来受到广泛的关注。通过直接合成或者超分子组装的方式，目前已经有CPL开关见诸报导，但是纯固态的CPL开关还少有研究。由于凝聚态会限制分子的状态变化以及聚集造成的发光猝灭，CPL固态开关的构筑极具挑战性。最近，国家纳米科学中心段鹏飞研究员团队通过设计“Turn-on”型二芳基乙烯(DAEC)和上转换纳米粒(UCNPs)负载的手性金属有机框架(MOFs)复合材料，实现了紫外光、可见光、近红外光多重光源响应的圆偏振发光固态开关（图1）。
图1. 多重光响应下具有上转换和下转换圆偏振发光开关性质的手性金属有机框架示意图。手性金属有机框架中同时负载上转换纳米粒子和二芳基乙烯。在紫外光和近红外光照射下二芳基乙烯关环并分别发射下转换和上转换的圆偏振光，在可见光照射下则使二芳基乙烯开环实现圆偏振发光的“关闭”。
研究人员选择了一种具有一维孔道的手性镧系MOFs，将上转换纳米粒子和具有光响应性质的二芳基乙烯同时负载于MOFs中，通过手性诱导实现了二芳基乙烯和UCNPs的圆偏振发光。并且UCNPs上转换发光的能量可以转移至二芳基乙烯，实现二芳基乙烯的上转换圆偏振发光。该手性MOFs复合物中，二芳基乙烯可以在紫外光和近红外光照射下到达关环发光态，分别表现出下转换和上转换的圆偏振发光。在可见光照射下变为开环暗态，实现圆偏振发光的“关闭”（图2）。此外，研究发现上转换的发光不对称因子(glum)要远大于下转换的发光不对称因子，这可能是手性体系中的能量转移造成的（图2d），这也是首次发现无机给体到有机受体能量转移实现的圆偏振发光放大。基于以上结果，利用该手性MOFs复合体系，设置荧光强度和发光不对称因子的阈值，使得可见光输入时无信号输出，紫外光输入时只有荧光信号输出，近红外光输入时既有荧光又有圆偏振发光信号输出，可以构筑在不同光源的刺激下实现不同维度信息输出的手性光学逻辑回路。
图 2. 上转换圆偏振发光开关性质以及能量转移放大的圆偏振发光示意图。
该手性MOFs复合材料不仅实现了固态下多重光响应的圆偏振发光开关，而且在不同光输入的条件下的下转换和上转换过程可以实现荧光信息和圆偏振信息的多级光信号输出，在多维度光响应和输出的存储与加密方面具有重要应用。相关研究成果发表于Advanced Materials杂志上(DOI: 10.1002/adma.202101797)。
