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郑炎松教授课题组在手性AIE分子研究方面取得新进展

编辑:  发布:2020-10-07 21:15:57  点击量:

近日,英国皇家化学会出版的顶级期刊《Materials Horizons》在线发表了郑炎松课题组在用手性AIE分子开发圆偏振发光(Circularly Polarized Luminescence, CPL)材料方面的研究成果,题目为The Largest CPL Enhancement by Further Assembling of Self-Assembled Superhelices Based on Helical TPE Macrocycle”,论文号:10.1039/D0MH01303J这是继课题组今年在《Nat. Commun.》(Chiral recognition and enantiomer excess determination based on emission wavelength change of AIEgen rotor, doi.org/10.1038/s41467-019-13955-z)以及在《Coord. Chem. Rev.》(Chiral AIEgens – Chiral Recognition, CPL Materials and Other Chiral Applications. doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213329)发表有关手性AIE分子研究方面论文后,又一新的研究进展。

当你用手机观看运动员大脚开球时足球会飞出屏幕直奔你的头而来,场面更加刺激,这就是将来三维立体显示的画面而能够发射CPL荧光的有机化合物将能带来这种裸眼可见的立体显示效果。手性CPL活性材料能否在实际中应用,它们的CPL不对称因子大小和荧光量子产率高低关键因素。但手性有机荧光分子CPL不对称因子一般只有10-510-3,远小于理论绝对2。为解决这一问题,一般是使用有机荧光分子自组装生成超级螺旋纤维提升CPL强度但不对称因子一般也只能达到10-2数量级。

   在该研究中,编辑首先设计合成了螺旋浆型构象固定的螺旋四苯乙烯(TPE)四环四胺1,它能够被拆分成具有单一左右螺旋方向的两个对映体M-1P-1。在二氯乙烷中,M-1P-1能够发射较强的CPL信号,但CPL不对称因子只有10-3数量级。当加入十二烷基苯磺酸(DSA)后,由于自组装生成了超级螺旋纤维,CPL不对称因子可达到10-1数量级,增加了60多倍。更为难得的是,自组装的单一手性螺旋纤维能够与酒石酸(TA)的某一对映体进一步自组装生成更大的螺旋纤维,使不对称因子绝对值达到0.61CPL信号进一步放大到200多倍,得到了迄今为止最大的CPL放大倍数,而且不论在固体状态还是在溶液中,都能得到如此强的CPL信号。而加入TA的另外一种对映体,CPL强度没有变化,螺旋纤维大小和原来一样,表现出对TA非常高的对映体选择性。此外由于TPE单元典型的聚集诱导发光(AIE)效应,所得到的CPL活性材料其荧光量子产率接近100%极有利于CPL活性材料的进一步应用研究。

1. 手性M-1分子自组装生成超级螺旋纤维,然后再次自组装生成更大螺旋纤维和CPL不断增强示意图


由于目前荧光分子自组装生成螺旋纤维是获取CPL活性材料的重要途径,而自组装螺旋纤维的再次自组装,可以进一步增强CPL活性,大幅提升不对称因子,因此该论文所提出的自组装纳米纤维再次自组装的概念,将能用于开发出一系列不对称因子高、甚至达到理论值的有机CPL活性材料。

   该论文得到了国家自然科学基金多层次手性物质的精准构筑重大研究计划以及面上项目(编号:918561252167308922072050)的资助。论文第一编辑为2020届袁迎雪博士,通讯编辑为郑炎松教授,共同编辑为胡明博士生,张恺然、周婷婷研究生以及中科院化学研究所刘鸣华教授和王颂博士。


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