當前視點！中國科技大學實現具有聚集可調雙發射性質的三維手性分子碳納米環

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具有聚集誘導發射(AIE)和聚集誘導猝滅(ACQ)效應的雙發射有機材料在文獻中很少報道，通過調控這類有機分子的聚集程度可以實現多色熒光發射。中國科學技術大學杜平武教授課題組合成了首個具有聚集可調雙發射性質的手性雙環分子，并與楊上峰教授課題組合作，通過AIE效應實現了圓偏振發光性質（CPL）的增強。這項研究成果近日在國際學術期刊《Nature Communications》以“An unexpected dual-emissive luminogen with tunable aggregation-induced emission and enhanced chiroptical property”為題發表（Nat. Commun.2022,13,3543）。

聚集誘導發射現象在生物探針、化學傳感器和光電材料中具有巨大的潛在應用。在許多傳統系統中，ACQ發光體通常在溶液狀態強烈發光，但在聚集時會遇到不同程度的聚集引起的猝滅效應。與典型的ACQ分子相比，AIE發光體（圖1a）在聚集態具有顯著優勢。然而，在文獻中，很少報道同時具有AIE和ACQ效應的材料。溶液和聚集態雙發射材料可以完全填補ACQ和AIE材料之間的空白，提供許多潛在的應用價值，例如聚集可調的多色熒光發射和單分子白光發射可用于制備發光器件。另外，對于具有CPL活性手性分子，AIE效應可以使其在聚集態獲得增強的圓偏振發光性質。

圖1. a)傳統AIE發光體示例；b) 具有聚集可調雙發射性質的手性雙環分子（SCPP[8]）。

近日，合作研究團隊基于前期共軛連體雙環的研究工作（Angew. Chem. Int. Ed.2021, 60, 17368-17372），通過將具有AIE活性的1,2,4,5-四苯基苯用對苯撐單元固定，成功合成了首個具有聚集可調雙發射性質的手性有機雙環分子，稱之為SCPP[8]（圖1b）。在含有不同水體積(fw)的四氫呋喃和水混合物中研究了SCPP[8]的熒光現象。SCPP[8]可以在溶液中發出青藍色熒光而在聚集態發射紅色熒光，聚集態與稀溶液相比有高達102nm紅移（圖2a）。更重要的是，通過調控SCPP[8]的聚集程度可以實現青色-白色-紅色的多色熒光發射，實現了單分子近白光發射，其CIE坐標約為(0.33, 0.37)(圖2b-c）。SCPP[8]具有新型非消旋手性結構，用高效液相色譜儀分離了(M)/(P)-SCPP[8]兩種手性異構體，通過變溫圓二色譜證實了其構型的出色穩定性（圖2d）。另外，通過圓偏振熒光光譜儀測量了兩種手性異構體在聚集態和溶液中的圓偏振發光性質，證實了(M)/(P)-SCPP[8]的CPL性質可以通過AIE效應增強（圖2e）。

圖2. (a)SCPP[8]在四氫呋喃和水混合物中的熒光光譜; (b)CIE色度圖; (c)多色熒光發射照片；(d)變溫圓二色譜圖；(e)SCPP[8]在溶液中和聚集態的CPL圖。

該工作實現了首個具有聚集可調雙發射性質的手性雙環分子的合成，SCPP[8]展現了出乎意料的多色熒光發射、單分子近白光發射，穩定的固有手性和增強的CPL性質，將在 AIE傳感器、白光發射器件和手性材料中具有潛在應用。中國科學技術大學化學與材料科學學院材料科學與工程系博士生張新宇為文章的第一作者。杜平武教授和楊上峰教授為論文的共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金項目（21971229, U1932214，51925206）、科技部重大研究計劃（2017YFA0402800）、和合肥微尺度物質科學國家研究中心的資助。

標簽： 熒光發射 手性分子 可以實現