爱媛大学的一个研究小组发现，在强纳秒激光脉冲的诱导下，光致变色二芳基乙烯的水性纳米颗粒胶体的开环反应产率显着提高，并阐明了其放大机制。该研究结果于 2020 年 7 月 4 日发表在《化学通讯》上，并出现在该期刊的封底。

由于受限的分子运动/振动和相邻分子之间的电子相互作用，固体中的有机分子与溶液中的分子具有不同的环境。有机固体预计会显示出与溶液不同的光化学反应和光物理特性。特别是，对固体进行超短脉冲激光等高光子密度的光照射允许多发色团和多光子之间的相互作用，导致传统光照射无法实现的新型光化学反应。

在这项研究中，研究人员专注于作为有机固体样品的二芳基乙烯衍生物。二芳基乙烯衍生物首先由九州大学的入江教授合成，显示出无色开放形式和有色闭合形式之间的光诱导可逆转化。光转化过程中的化学键重排不仅会迅速引起颜色的变化，还会引起各种物理和化学性质的变化例如荧光光谱、折射率、氧化/还原电位和手性特性。最近，世界上许多研究人员报道，二芳基乙烯晶体通过利用其膨胀/收缩、弯曲和卷曲等形状变化来表现出光机械功能。因此，二芳基乙烯衍生物作为下一代光能转换材料备受关注。

在这项研究中，研究人员通过再沉淀法制备了封闭形式的二芳基乙烯衍生物的水性纳米胶体，并研究了单次纳秒激光照射后从封闭形式到开放形式的开环反应产率脉冲(激发波长;532 nm，脉冲持续时间;6 ns)。结果，纳米颗粒的反应产率随着激光能量密度呈三阶增加，而溶液的反应产率则单调增加。也就是说，研究人员首次发现纳秒激光脉冲引起的反应产率非线性增加仅在纳米颗粒中观察到。基于稳态和时间分辨光谱的结果，放大的开环反应的机制可以用“光协同效应”与纳米级光热转换和纳米颗粒中的光化学反应相结合来解释。

与简单的温度效应不同，纳米级激光加热效应，即激发分子的光热转换和纳米长度尺度上的热传导，起着重要的作用。简而言之，一个封闭形式的分子被 ns 脉冲中的一个光子激发，加热周围的分子(产生一个由多个高温分子组成的热簇)。当热团簇中的另一个分子吸收同一脉冲的另一个光子时，会在这种瞬态高温条件下发生增强的开环反应。

该过程依赖于多发色团和多光子之间的相互作用，这种相互作用可以通过具有高分子密度的有机固体和具有高光子密度的 ns 激光脉冲的组合来诱导。这些结果将加深对固体光功能材料新型激光诱导反应的“光协同反应”特性的理解。