同济大学刘国锋课题组 ACS Nano：单向手性基元构筑双向手性全色圆偏振发光固态薄膜

2024-01-15 来源：高分子科技

圆偏振发光（CPL）是指手性物质发射出左旋或右旋偏振光的现象，其在3D显示、自旋信息通讯、信息加密与存储、不对称催化、生物手性传感等领域具有重要应用前景。圆偏振发光信号的强弱与手性方向的控制对圆偏振发光材料的开发与应用均至关重要。受限于自然界均一手性（homochirality），如何从单向手性的构筑基元出发，构建具有双向手性的全彩色圆偏振发光的固态材料具有重要意义。

同济大学刘国锋课题组与合作者一直致力于理解手性自聚集材料体系中的手性传递和调控的作用机制与规律问题，在超分子手性传递、放大与翻转方面开展了系列工作（Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 4443; ACS Nano 2023, 17, 2159; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9366; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 16275; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6467; ACS Nano 2017, 11, 11880）。近期，刘国锋课题组利用单向手性的胆固醇衍生物（PVPCC）、锌盐和非手性荧光染料（α-DCS、BPEA、Rh6G和RhB）进行共组装，通过抗衡阴离子或温度调控超分子聚集体的手性翻转，获得具有左右手性全彩色CPL的共组装体（图1），进一步与聚合物复合，成功制备了双向手性的全彩色圆偏振发光固体薄膜。

图1 阴离子和温度调控组装体手性翻转及构筑左右手性全色圆偏振发光

该研究小组首先利用具有不同抗衡阴离子的锌盐与PVPCC组装，发现抗衡阴离子可显著影响超分子聚集体的形貌，并实现其基态与激发态手性的翻转；其次通过抗衡阴离子交换法，结合质谱、圆二色（CD）以及CPL光谱等表征手段，证实了超分子聚集体基态与激发态手性的动态翻转（图2）；采用共组装体系中的手性转移和能量传递策略，将四种具有不同发射波长的非手性荧光染料（α-DCS，BPEA, Rh6G, RhB）与PVPCC/Zn(NO₃)₂复合物进行共组装，实现棒状组装体从蓝光到红光的圆偏振光发射，并通过抗衡阴离子调控聚集体超分子手性方向，获得全彩色且手性方向可翻转的CPL共组装体（图3）。此外，该研究小组通过调节组装过程的冷却温度（298 K和273 K），发现组装温度可以调控手性组装过程并实现组装路径的切换，进而改变超分子聚集体的手性方向，使得荧光染料与PVPCC/Zn(NO₃)₂的共组装体圆偏振发光手性方向发生翻转；同时，得益于该类组装体与高分子间的高效手性传输，制备了具有左右手性全彩色圆偏振发光的固态薄膜材料（图4）。

图2阴离子调控超分子聚集体基态与激发态手性的动态翻转

图3 阴离子调控荧光染料与金属有机复合物共组装体CPL信号翻转及发光颜色变化

图4 温度调控固态复合薄膜的圆偏振发光颜色与手性方向

该工作不仅揭示了阴离子与组装温度调控超分子聚集体手性的动态翻转的作用机制，而且为从单向手性基元构建具有双向手性的全彩色CPL固态材料提供了一种简便有效的策略。该项工作近期以“Full-Color Circularly Polarized Luminescence of Supramolecular Polymers with Handedness Inversion Regulated by Anion and Temperature”为题发表在ACS Nano上。博士生付阔为论文的第一作者，刘国锋研究员为论文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.3c10151

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（责任编辑：xu）

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