近日，一篇题为《通过手性阳离子配位策略在一维杂化锰卤化物中实现大发光不对称因子》的研究论文发表在Chemical Science期刊上。该研究由中国科学院福建物质结构研究所等单位的王菲、李兴俊（通讯作者）、陈天祺、王丽清、李晨亮、张伟、袁文、卢珊、李丽娜和陈学元等人合作完成，并于2025年5月14日在线发表。本研究针对手性有机-无机金属卤化物在圆偏振发光性能提升方面所面临的关键挑战，提出了一种创新的结构设计策略，成功合成了具有卓越圆偏振发光性能的杂化锰溴化物，并在磁手性光学效应及光电器件应用方面取得了突破性进展。
本研究属于手性光功能材料与光电子学交叉领域。圆偏振发光材料在圆偏振发光二极管、三维显示、自旋电子器件等领域具有广阔的应用前景。手性有机-无机金属卤化物因其结构可调性和优异的光电特性而成为一类新兴的CPL材料。然而，开发高性能的手性杂化OIMHs仍是一个重大挑战，主要原因是缺乏有效调控其手性光学活性的策略。传统的调控方法（如利用氢键或卤素-卤素接触等弱非共价相互作用）往往存在手性从有机配体向无机发光中心传递效率低下的问题。尽管近期有研究通过Mn-O直接配位实现了优异性能，但仍存在手性胺配体库有限、手性信号放大机制不明确以及缺乏实际器件演示等问题。因此，本研究旨在通过设计一种新颖的配位驱动手性转移路径，来显著放大OIMHs的手性光学活性，并探索其在光电器件中的实际应用，为未来高性能CPL材料的开发提供新的思路和有效策略。
本研究工作流程系统且完整，主要包含以下几个关键步骤：
1. 材料设计与合成： 研究团队设计并合成了对映体手性杂化锰溴化物，命名为R/S-DACAMnBr₃。具体合成方法是通过手性(1R, 2R)/(1S, 2S)-2-氨基环己醇与醋酸锰在氢溴酸溶液中反应，获得单晶。此处的创新在于选用了具有配位能力的DACA手性有机阳离子，其结构中的羟基能够与锰中心直接配位。
2. 结构表征与确认： 利用单晶X射线衍射分析确认了两种对映体均结晶于非中心对称的正交晶系手性空间群P2₁2₁2₁。核心发现是其具有一维链状结构，该结构由边缘共享的[MnOBr₅]八面体通过交替配位DACA阳离子而构成。这种交替配位模式建立了从有机阳离子到无机Mn²⁺发光中心的强效手性传递路径。通过键长键角分析量化了八面体的畸变程度，并通过粉末XRD、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等手段验证了材料的高相纯度和有机-无机组分间的紧密结合。
3. 光物理性质研究： 系统研究了R/S-DACAMnBr₃的光致发光特性。稳态光谱显示，材料在357 nm紫外光激发下，在626 nm处呈现强烈的橙色宽带发射，斯托克斯位移达105 nm，有利于减少自吸收。R-对映体和S-对映体的光致发光量子产率分别为32.2%和18.7%。通过变波长激发/发射光谱、时间分辨荧光衰减曲线（符合单指数衰减，寿命约0.98 ms和0.72 ms）以及激发功率依赖关系，证实该发射源于单一Mn²⁺发光中心的d-d跃迁（⁴T₁(G) → ⁶A₁）。变温荧光光谱（80-300 K）分析进一步揭示了其电子-声子耦合较强（黄-里斯因子S=6.04），并获得了73.2 meV的热激活能，表明其具有良好的热稳定性。热重分析和高温/紫外光持续照射实验证明了材料优异的热稳定性和光稳定性。
4. 手性光学性质表征： 这是本研究的核心部分。首先通过圆二色光谱证实了材料在250-600 nm范围内具有明确的CD信号，且峰位与Mn²⁺的d-d跃迁吸收带对应，表明手性成功从有机配体传递至无机八面体。关键的圆偏振发光测试显示，R-和S-DACAMnBr₃在626 nm处分别产生右旋（负信号）和左旋（正信号）的强橙色CPL。计算得到的发光不对称因子|g_lum|分别达到0.282和0.292，比大多数已报道的手性OIMHs高1-3个数量级。研究还通过旋转单晶样品和测试多晶粉末样品，排除了光学假象的影响，证实了强CPL活性源于交替配位结构固有的手性。
5. 磁手性光学效应研究： 本研究的一个突出亮点是发现了正磁手性光学效应。在室温下施加1.6 T的外加磁场（平行或反平行于激发光传播方向）时，R-和S-对映体的CPL信号均被增强，g_lum值分别提升至-0.317和0.321，增幅约10-12%。这是首次在无铅OIMHs中实现磁场增强的CPL。通过磁圆二色光谱和电子顺磁共振谱分析，将这一效应归因于磁场下光吸收的增强以及Mn²⁺离子间强偶极-偶极相互作用。
6. 光电器件制备与性能评估： 为了展示材料的应用潜力，研究团队进行了两项器件演示。首先，将R/S-DACAMnBr₃与紫外固化胶混合后涂覆在商用365 nm紫外芯片上，制备了圆偏振发光二极管。CP-LEDs在620 nm处发出明亮的橙色圆偏振光，g_lum值达到6.4×10⁻³，并且在不同的驱动电流（40-200 mA）下显示出良好的颜色稳定性和循环工作稳定性。其次，利用大尺寸R-DACAMnBr₃单晶和银电极制备了紫外光电探测器。该器件在266 nm激光激发下表现出明显的光响应，开关比达到7.72，线性动态范围为30.82 dB，比探测率为6.19×10⁸ Jones，并具有良好的循环稳定性。
本研究取得了多项重要结果。在结构上，成功解析了R/S-DACAMnBr₃独特的一维交替配位链状结构，这为高效手性传递提供了坚实的结构基础。光物理性质结果表明，材料兼具高的发光效率（PLQY >18%）和大的斯托克斯位移，这是实现强发光的前提。最关键的成果体现在手性光学性质上：获得了高达0.292的g_lum值，这主要归功于直接的Mn-O配位键所构建的强效、短程手性传递路径，以及手性配体诱导的显著八面体晶格畸变和略微螺旋的一维链结构。这些结果逻辑上导向了性能的极致化。进一步地，磁场下g_lum值的可调谐增强（磁手性光学效应）这一新发现，不仅验证了手性与磁性耦合的可能性，也为材料赋予了额外的功能维度。最后，基于材料成功的CP-LED和光电探测器原型器件，其性能数据（如CP-LED的g_lum和光电探测器的开关比）直接证明了本研究开发的材料在实用光电器件中具有可行的应用价值，将基础研究的发现推向实际应用演示，完成了从原理验证到潜力展示的研究闭环。
本研究的结论是，通过设计具有交替配位一维链结构的对映体手性杂化锰溴化物R/S-DACAMnBr₃，成功建立了一条从有机手性配体到无机Mn²⁺发光中心的直接、高效的手性转移通道。该策略协同了Mn²⁺中心固有的高发光效率，实现了在626 nm处强烈的橙色圆偏振发光，并获得了超越大多数同类材料1-3个数量级的超大发光不对称因子（0.292）。尤为重要的是，该材料在室温下表现出正磁手性光学效应，能在1.6 T磁场下将g_lum进一步提升至0.321，这是无铅OIMHs领域的首次报道。此外，基于该材料构建的CP-LEDs和单晶光电探测器展示了良好的性能，验证了其实际应用潜力。这项研究不仅为通过手性阳离子配位策略放大杂化OIMHs的手性光学活性提供了宝贵的见解和有效范例，也为未来开发用于三维显示、自旋光电子学和磁手性光学器件等多功能手性光电材料开辟了新途径。
本研究的亮点颇多。首先，在发现上：获得了迄今报道的最高g_lum值之一（0.292）的手性锰基卤化物；首次在无铅OIMHs中实现了磁场增强的圆偏振发光效应。其次，在方法上：提出并验证了“交替配位”这一新颖的结构设计策略，利用强的Mn-O共价配位键替代传统的弱非共价相互作用，从根本上解决了手性传递效率低下的瓶颈问题。最后，在研究的完整性上：不仅深入阐述了结构与性能的构效关系、手性传递和放大机制，还进一步探索了磁光电耦合效应，并完成了从材料合成、表征、机理研究到原型器件制备与测试的全链条工作，充分体现了面向应用的基础研究特色。
其他有价值的内容还包括对材料稳定性的全面评估（热稳定性、光稳定性、空气稳定性），以及通过系统的变温光谱学和激发依赖关系研究，对Mn²⁺发光中心的激发态动力学和电子-声子耦合作用进行了深入分析，这些工作为理解材料的本征光物理性质提供了扎实的数据支撑。该研究是一篇在手性光电材料领域具有重要创新性和引领性的高水平学术论文。