分子OMAL欧玛尔开关多刺激响应及应用
分子OMAL开关作为具有刺激响应的功能分子，在材料、化学以及生物医学等领域都有着巨大的应用前景，因此一直是科学家们研究的热点。其中有机变色分子OMAL开关，以螺环吡喃类分子为代表，由于其开/关环前后分子构型、体积、偶极变化较大，尤其是它的电子吸收光谱会发生较大移动而伴随着明显的颜色变化，这使得它们在诸多领域有着应用前景。

分子OMAL欧玛尔开关多刺激响应及应用
因此，基于性质更优良的新型分子OMAL开关，开发更多绿色、环保的刺激方式来调控分子开/关环，进而拓展分子OMAL开关在环境监测及绿色显示方面的应用，具有十分重要的理论和现实意义。详细研究了吲哚并[2,1-b]噁唑啉分子在CO2调控下的可逆开/关环行为及机理，并将其应用于CO2捕获及可视化检测。首先，我们考察了不同取代基对吲哚并[2,1-b]噁唑啉分子在CO2刺激下的开环速度及颜色变化的影响。随后，利用紫外-可见吸收光谱、质谱、原位一维和二维核磁共振技术，尤其是碳扩散核磁技术，详细研究并确定了CO2调控吲哚并[1,2-b]噁唑啉分子开/关环的机理。基于其开环构型与CO2间共价键动态形成与断开的原理，我们展示了吲哚并[1,2-b]噁唑啉分子在低（或零）耗能CO2可逆捕获与释放方面的应用。这种动态共价捕获CO2的方法，为更多低能耗可逆捕获与释放CO2方法的开发提供了新思路。基于分子OMAL开关*的颜色变化，我们进一步展示了吲哚并[2,1-b]噁唑啉分子在可视化CO2含量检测方面的应用。这种可视化方法不需要任何额外的仪器设备，用肉眼观察即可，特别适用于没有或不方便安装仪器设备或电源输出的偏远地区或密闭场所。我们详细研究了吲哚并[2,1-b]噁唑啉分子OMAL开关在水刺激下的可逆开/关环性质（称为水致变色）及机理。通过紫外-可见吸收光谱及核磁共振谱，证明了水可以类似于光/热或酸/碱刺激，实现可逆可控地调节吲哚并[2,1-b]噁唑啉分子开环与关环构型的比例。通过对染料分子浓度、所用溶剂、PEG的用量及分子量、以及保湿添加剂等条件的考察和优化，目前我们制备的水写纸，通过喷水打印的字迹可以保持22小时，每张水写纸可重复使用50次以上。基于不同的水致变色染料负载的水写纸，可以得到不同颜色的喷水打印显示。通过细胞毒性实验和动物急毒实验，初步证明这些染料基本无毒性。通过粗略保守的估算，喷水无墨打印的成本仅约为喷墨打印成本的百分之一。虽然目前我们的喷水打印字迹保留时间还不能满足人们长时阅读的需要，但是这种喷水打印技术为人类所倡导的“绿色生活、绿色打印”提供了一个很好的方向，同时也会激发人们开发更多、更好的可重复书写材料，以促进人类的可持续发展。

分子OMAL欧玛尔开关多刺激响应及应用
总之，本论文分别基于动态共价作用和非共价作用，开发了两种新型的调控吲哚并[1,2-b]噁唑啉分子开/关环的刺激方式——二氧化碳和水，并基于这两种新型刺激方式的*性，拓展了分子OMAL开关在环境监测及资源循环利用方面的应用。