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环糊精-金属有机框架基广谱增强圆偏振发光晶体材料:立方手性与尺寸效应

手性是自然界最普遍的特征之一,从分子层次上理解手性现象,进而精准控制手性,在生命科学和材料领域都有十分重要的意义。近年来,圆偏振发光(CPL)的研究是手性科学研究的重要前沿课题之一。圆偏振发光反映的是激发态手性信息,是理解手性的重要手段,也是与手性相关的三维显示、信息加密存储、CPL激光等应用领域的重要基础。制备高不对称发光因子的发光材料一直是CPL研究的热点之一。开发具有普适性的CPL材料制备方法也一直是该领域的难点之一。从基础角度看,这两个难点和热点也是受限于人们对于激发态手性的深刻认识。


最近,中国科学院化学研究所刘鸣华研究员(点击查看介绍)团队利用基于环糊精的金属有机框架(γCD-MOF)包裹不同的染料分子,制备了从紫外区到红外区的广谱圆偏振发光晶体材料。虽然CD-MOF自发现以来得到了广泛的研究和应用,但是对其手性的研究却十分有限。γCD-MOF晶体中存在着由每六个γ-环糊精(γCD)形成的立方形空腔。该空腔内径约1.7纳米,远大于γCD自身0.95纳米的空腔,极大地拓展了其包裹客体的能力。尤为重要的是,这个立方空腔是一种三维手性空腔结构。作者通过原位和浸泡两种方法包裹了不同大小和电荷的染料分子,包括γCD无法包裹的大尺寸染料分子,制备了不同波长的发光晶体材料。γCD-MOF的立方手性空腔可有效隔离聚集猝灭发光(ACQ)分子,也可有效地限制聚集诱导发光分子(AIEgen)的分子内转动和振动,使它们都可以发射强的CPL光。所制备晶体的不对称发光因子普遍达到了10-2量级,单个AIEgen的不对称发光因子也达到了10-3量级。更值得注意的是,作者首次揭示了立方手性空腔诱导圆偏振发光的尺寸效应,即当染料的尺寸远小于立方空腔的尺寸时,得到是符号不可控制的圆偏振发光;而当染料的尺寸与立方空腔的尺寸相当时,得到是稳定的左旋圆偏振发光。


这一研究工作加深了对激发态手性的理解,并提供了一种制备具有高不对称发光因子圆偏振发光晶体材料的简捷方法。相关研究成果近期发表在Angewandte Chemie-International Edition 上,文章的第一作者是中国科学院化学研究所在读博士研究生胡靓语


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):

Emerging Cubic Chirality in γCD-MOF for Fabricating Circularly Polarized Luminescent Crystalline Materials and the Size Effect

Liangyu Hu, Kun Li, Weili Shang, Xuefeng Zhu, Minghua Liu

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 4953-4958, DOI: 10.1002/anie.202000589


导师介绍

刘鸣华

https://www.x-mol.com/university/faculty/15515


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