Hydrochromic xanthylium cations with tuneable colour and high moisture-sensitivity for potential smart packaging

杂蒽 水分 化学 三氟乙酸 亲核细胞 光化学 共轭体系 化学工程 材料科学 有机化学 聚合物 工程类 催化作用
作者
Ming Hui Chua,Xiang Yun Debbie Soo,Kang Le Osmund Chin,Zhuang Mao Png,Qiang Zhu,Jianwei Xu
出处
期刊:Materials Today Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:33: 101692-101692
标识
DOI:10.1016/j.mtchem.2023.101692
摘要

Hydrochromic materials exhibit a colour change in response to water and moisture. Intensely coloured xanthylium cations, generated by acidifying xanthene-9-ol precursors with trifluoroacetic acid (TFA), are found to exhibit dramatic decolourization with high moisture-sensitivity. Mechanistic study confirms that the hydrochromic mechanism of xanthylium cations involves the nucleophilic addition of water molecules at the carbocation centre at 9-position of xanthylium, thus regenerating xanthene-9-ol. This accounts for the high reversibility with up to 50 acid-activation/moisture-deactivation cycles. Furthermore, functionalizing the cations with different aliphatic and aromatic groups (electron rich, electron poor and extended pi-conjugated moieties) at the 9- and 2,7-positions, enables the tuning of colour and moisture sensitivity of this hydrochromic system, by controlling the cations’ frontier molecular orbital energies and optical bandgap, as well as their chemical stability and nucleophilicity. To demonstrate the potential of the hydrochromic system for humidity sensing in smart packaging, optical paper probes and polymer films pre-doped with xanthene-9-ol precursors were prepared. Upon activation with TFA fume, they reveal different colour and decolourization rate in response to atmospheric moisture, ranging from minutes to hours, demonstrating feasibility for smart packaging and other potential applications.
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