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AIECL——AIE和ECL领域的联合

注:文末有研究团队简介及本文科研思路分析


聚集诱导电致化学发光(Aggregation-Induced Electrochemiluminescence, AIECL)是近年来发展的一种将具有聚集诱导发光(AIE)材料应用于电致化学发光的方法,特别是在固相及水相检测中。电致化学发光(ECL)相对于光致发光(PL)具有检测限低、灵敏度高、适用性广等特点,应用前景广阔。目前,大多数已发表的具有AIECL性质的材料大多属于阳极ECL,包括Pt配合物、Ir配合物、有机小分子、高分子纳米材料等,而应用于阴极ECL的材料仅限于量子点,如CdS、CdSe、ZnS等,但其高毒性、高污染性限制了其在生物检测中的应用。因此发展新型无毒具有生物相容性的阴极ECL材料十分必要。


近期,南京大学燕红点击查看介绍课题组设计合成了一系列D-π-A结构的碳硼烷基咔唑类衍生物,与徐静娟点击查看介绍课题组合作测试其ECL性能,得到了能有效应用于pH7.4的磷酸缓冲溶液的阴极AIECL材料。通过测试对比不同水含量条件下的PL及ECL,观察到随着水含量的增加,相应的光致发光量子产率不断提升,具备了AIE的性质,同时,随水含量增加,形成的纳米颗粒粒径不断减小、形貌也从表面光滑球形变成了多孔疏松结构使得其ECL效率在水含量95%的条件下极大提高。至此,确定了碳硼烷咔唑衍生物具备阴极AIECL的性质(图1)。

图1.具有阴极AIECL性质的碳硼烷基咔唑衍生物


之后通过将化合物拆解分析、与模板化合物对比,研究者深入研究结构与性质之间的关系,确立了碳硼烷取代基对其氧化还原的重要作用,并贡献了很大一部分的ECL效率。通过控制实验与电化学实验相结合,推测出五步反应机理,即化合物在电极上发生的两步还原反应的物种与共反应试剂生成的活泼物种发生碰撞,产生化合物激发态回到基态的过程中发生电化学发光现象(图2)。

图2. 机理研究及示意图


这项研究不仅测试条件的生物相容性为后续应用于生物体系的检测奠定了坚实的研究基础,而且填补了有机阴极ECL材料的空白。


这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,文章的第一作者是南京大学博士生魏星朱梦娇


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Aggregation-Induced Electrochemiluminescence of Carboranyl Carbazoles in Aqueous Media

Xing Wei, Meng-Jiao Zhu, Zhe Cheng, Mengjeu Lee, Hong Yan, Changsheng Lu, and Jing-Juan Xu

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 3162-3166, DOI: 10.1002/anie.201900283


导师介绍

燕红

https://www.x-mol.com/university/faculty/11500

芦昌盛

https://www.x-mol.com/university/faculty/11504

徐静娟

https://www.x-mol.com/university/faculty/11511


科研思路分析


Q:这项研究最初想法是如何产生的?或者说两个看似不相关的领域是如何碰撞出火花的?

A:这项研究其实是偶然发现的,在测试CV时,碰到了ECL领域的同级同学朱梦娇,正好那时的参考文献中提到了ECL的应用,便一起合作尝试。


Q:在研究过程中遇到的最大挑战在哪里?

A:无疑是机理,对于机理的实验设计我们做了很多次。当然对于碳硼烷领域来讲,ECL并不是我们的强项。对于ECL来说,碳硼烷的结构又比较新颖,其电化学研究又很薄弱。深入探究结构与性质之间的联系耗费了我们不少的精力。


Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些?

A:这项成果扩大了AIE材料的新应用,同时也使得水相ECL检测得到了迅猛的发展。之后,我们不仅将进一步提高材料在水相中或可生物相容体系中的性能,也将开发其在检测方面的切实应用。


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