中国科技大学实现具有聚集可调双发射性质的三维手性分子碳纳米环

具有聚集诱导发射(AIE)和聚集诱导猝灭(ACQ)效应的双发射有机材料在文献中很少报道，通过调控这类有机分子的聚集程度可以实现多色荧光发射。中国科学技术大学杜平武教授课题组合成了首个具有聚集可调双发射性质的手性双环分子，并与杨上峰教授课题组合作，通过AIE效应实现了圆偏振发光性质（CPL）的增强。这项研究成果近日在国际学术期刊《Nature Communications》以“An unexpected dual-emissive luminogen with tunable aggregation-induced emission and enhanced chiroptical property”为题发表（Nat. Commun.2022,13,3543）。

聚集诱导发射现象在生物探针、化学传感器和光电材料中具有巨大的潜在应用。在许多传统系统中，ACQ发光体通常在溶液状态强烈发光，但在聚集时会遇到不同程度的聚集引起的猝灭效应。与典型的ACQ分子相比，AIE发光体（图1a）在聚集态具有显着优势。然而，在文献中，很少报道同时具有AIE和ACQ效应的材料。溶液和聚集态双发射材料可以完全填补ACQ和AIE材料之间的空白，提供许多潜在的应用价值，例如聚集可调的多色荧光发射和单分子白光发射可用于制备发光器件。另外，对于具有CPL活性手性分子，AIE效应可以使其在聚集态获得增强的圆偏振发光性质。

图1. a)传统AIE发光体示例；b) 具有聚集可调双发射性质的手性双环分子（SCPP[8]）。

近日，合作研究团队基于前期共轭连体双环的研究工作（Angew. Chem. Int. Ed.2021, 60, 17368-17372），通过将具有AIE活性的1,2,4,5-四苯基苯用对苯撑单元固定，成功合成了首个具有聚集可调双发射性质的手性有机双环分子，称之为SCPP[8]（图1b）。在含有不同水体积(fw)的四氢呋喃和水混合物中研究了SCPP[8]的荧光现象。SCPP[8]可以在溶液中发出青蓝色荧光而在聚集态发射红色荧光，聚集态与稀溶液相比有高达102nm红移（图2a）。更重要的是，通过调控SCPP[8]的聚集程度可以实现青色-白色-红色的多色荧光发射，实现了单分子近白光发射，其CIE坐标约为(0.33, 0.37)(图2b-c）。SCPP[8]具有新型非消旋手性结构，用高效液相色谱仪分离了(M)/(P)-SCPP[8]两种手性异构体，通过变温圆二色谱证实了其构型的出色稳定性（图2d）。另外，通过圆偏振荧光光谱仪测量了两种手性异构体在聚集态和溶液中的圆偏振发光性质，证实了(M)/(P)-SCPP[8]的CPL性质可以通过AIE效应增强（图2e）。

图2. (a)SCPP[8]在四氢呋喃和水混合物中的荧光光谱; (b)CIE色度图; (c)多色荧光发射照片；(d)变温圆二色谱图；(e)SCPP[8]在溶液中和聚集态的CPL图。

该工作实现了首个具有聚集可调双发射性质的手性双环分子的合成，SCPP[8]展现了出乎意料的多色荧光发射、单分子近白光发射，稳定的固有手性和增强的CPL性质，将在 AIE传感器、白光发射器件和手性材料中具有潜在应用。中国科学技术大学化学与材料科学学院材料科学与工程系博士生张新宇为文章的第一作者。杜平武教授和杨上峰教授为论文的共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金项目（21971229, U1932214，51925206）、科技部重大研究计划（2017YFA0402800）、和合肥微尺度物质科学国家研究中心的资助。