分享自:

聚集诱导圆偏振发光:新兴光学技术中的手性有机材料

期刊:Advanced MaterialsDOI:10.1002/adma.201908021

这篇文档属于类型b,是一篇关于聚集诱导圆偏振发光(Aggregation-Induced Circularly Polarized Luminescence, AICPL)的综述文章,由Andrea Nitti和Dario Pasini*(来自意大利帕维亚大学化学系)撰写,发表在2020年的《Advanced Materials》期刊上,标题为“Aggregation-Induced Circularly Polarized Luminescence: Chiral Organic Materials for Emerging Optical Technologies”。

主题与背景

该综述聚焦于手性有机材料在聚集态下产生的圆偏振发光(Circularly Polarized Luminescence, CPL)现象,特别关注了聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission, AIE)与CPL的结合。文章指出,手性材料在光学技术(如液晶显示、生物成像、自旋电子器件)中具有重要应用潜力,但传统荧光分子在固态常因聚集导致猝灭(Aggregation-Caused Quenching, ACQ),而AIEgens(聚集诱导发光分子)能克服这一问题,在聚集态下增强发光效率。因此,将AIE与手性结合,开发高不对称因子(glum)和高量子产率(QY)的固态CPL材料成为研究热点。

主要观点与论据

1. 无机配合物的AICPL设计

文章首先讨论了过渡金属配合物(如铂(II)、铕(III)配合物)作为AICPL材料的优势。例如:
- 铂(II)配合物:通过手性配体(如联萘胺)限制分子内旋转,避免Pt-Pt相互作用导致的猝灭,实现近红外发射(如化合物2的λem=650 nm)和较高的glum值(0.03)。
- 铜(I)纳米团簇:如手性配体保护的Cu14团簇(化合物7),在晶体态显示红色发射(QY=8%)和显著的CPL响应(glum=0.01),其发光机制涉及配体-金属电荷转移(LMCT)。

支持数据:表1总结了多种配合物的光物理参数,显示金属配合物的glum值较高,但固态发光效率仍需优化。


2. 生物启发的CPL组装体

生物分子(如DNA)可作为手性模板诱导CPL。例如:
- DNA-花菁染料复合物:通过静电作用将花菁染料嵌入DNA双螺旋的AT富集区,实现聚集态下的荧光增强和CPL响应(glum≈0.01)。这种复合物还可用于pH响应的DNA构象检测。
- 理论依据:DNA的螺旋结构能将手性传递至染料分子,而AIE特性避免了ACQ问题。


3. 有机纳米结构的AICPL策略

分为两类设计思路:
(1)非手性AIEgens的手性组装
- 四苯基乙烯(TPE)衍生物:通过固定TPE的螺旋构象(如化合物6)或将其嵌入三维手性笼(如化合物7+8形成的立方体),实现glum=0.006的CPL响应。
- 机制:聚集限制分子内旋转(RIR),同时手性超分子排列增强不对称发光。

(2)手性AIEgens的自组装
- 氨基酸/糖类修饰的AIEgens:如丙氨酸修饰的芘衍生物(化合物9)在甲醇/氯仿混合溶剂中形成纳米线,显示glum=0.013。
- 联萘酚(BINOL)衍生物:化合物12将BINOL的手性与TPE的AIE特性结合,在薄膜中实现glum=0.0028,并用于非掺杂CP-OLED器件(外量子效率达45%)。

支持数据:表2对比了有机材料的性能,显示glum最高达0.075(化合物16+17的离子配对组装体)。


4. 刺激响应与多功能系统

  • 主客体复合物:如γ-环糊精包载的手性发光分子20,通过限制分子运动实现白光发射和CPL切换。
  • 动态超分子体系:金(I)配合物18与AIE/ACQ分子共组装,形成螺旋纤维,其CPL信号可随时间反转。

意义与价值

  1. 科学价值:系统总结了AICPL材料的设计原则,揭示了手性传递、聚集态发光增强及不对称因子调控的机制。
  2. 应用潜力:为CP-OLED、生物传感、光学存储等提供了新材料,尤其是高glum与高QY结合的固态材料。
  3. 未来方向:需进一步探索单分子手性性质与超分子组装的关系,并开发更多刺激响应型CPL传感器。

亮点

  • 跨学科整合:结合AIE化学、手性超分子化学及器件工程,提出“双重放大”(glum与QY协同提升)策略。
  • 高性能材料:如化合物16+17的glum=0.075,为当时有机CPL材料的最高值之一。
  • 生物相容性:DNA模板和氨基酸修饰拓展了生物医学应用场景。

这篇综述为手性光学材料领域提供了全面的研究框架,并指明了未来突破的关键方向。

上述解读依据用户上传的学术文献,如有不准确或可能侵权之处请联系本站站长:admin@fmread.com