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Angew. Chem.:单晶分子线的电化学发光波导

电化学发光(Electrochemiluminescence, ECL)是一种由电化学调控的化学发光,具有时空可控性强、背景信号低等优点,已经被成功应用于商业化分析检测。近年来,诸如自增强ECL、电位分辨多色ECL、聚集诱导ECL、表面等离激元共振调控ECL、光诱导ECL、圆偏振ECL等电化学发光新概念、新技术引起了人们广泛的关注。最近,浙江大学化学系苏彬教授课题组首次报道了基于单晶分子线的电化学发光波导(ECL Waveguide,ECLW,图1)。

图1. Ir(piq)3单晶分子线电化学发光波导示意图


三(1-苯基异喹啉)铱(III)(Ir(piq)3)单晶分子线表面光滑,长且直,端面呈六边形,长度约为几十微米,直径在几百纳米至两微米不等。基于课题组搭建的荧光/电化学发光双模式显微成像系统,作者研究了单个Ir(piq)3分子线的波导行为:在光激发模式下,该分子线的荧光图像呈现两端亮、中间较暗的特点,这是典型的有源波导特征(图2a);在电化学激发下,也观察到了同样的现象,这说明该分子线不仅能够作为电化学发光体,同时还能够传导自身产生的光信号(图2b)。作者推测,相对于周围介质,Ir(piq)3分子线的折光指数较高,因而能够将其自身产生的光限域在分子线内部,并通过内表面发生全内反射,传导至分子线两端输出。单根分子线的荧光/电化学发光图像灰度值沿长轴方向的变化趋势可以很好地匹配(图2c)。

图2. ITO电极表面固载的单个Ir(piq)3分子线的荧光(a)和电化学发光(b)图像;(c)单根分子线沿长轴方向的灰度变化曲线


最后,采用激光刻蚀ITO作为基底电极,实现了单晶分子线电化学发光的局域电化学激发与定向远程输运。图3a是位于导电/非导电区分界线(蓝色虚线)附近的三根分子线的明场图像:1号分子线呈Y型,一半位于ITO电极表面,另一半位于玻璃表面,2号分子线最左端位于ITO表面(结合共定位电镜表征),其余部分位于玻璃表面,而3号分子线则完全位于玻璃表面。图3b是这一组分子线的电化学发光图像,白色箭头指示光波导路径。作者发现:(1)对于跨越导电/非导电区的分子线,导电区产生的电化学发光可沿其长轴方向传导至非导电区;(2)非导电区有效接触的分子线,可以通过“接力”传导方式实现更长距离的电化学发光输运(实验观测距离约为100微米)。由明场/电化学发光叠加结果(图3c)可知,波导电化学发光被限制在单晶分子线中,图3d表示的是其荧光图像。分子线波导将电极表面限域的电化学发光扩展到了非导电表面,非常适合构建非接触电化学发光传感器,用于细胞的无扰动电化学分析。

图3. 激光刻蚀ITO电极表面固载的Ir(piq)3分子线的(a)明场、(b)电化学发光及(c)叠加图和(d)荧光图像;(e)分子线-2和3的荧光及电化学发光图像沿长轴方向的灰度变化曲线


该研究成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,论文通讯作者为浙江大学化学系苏彬教授,第一作者为苏彬教授课题组博士后郭维亮。该工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中国博士后基金的资助。


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):

Electrochemiluminescence Waveguide in Single Crystalline Molecular Wires

Weiliang Guo, Hao Ding, Ping Zhou, Yafeng Wang, Bin Su

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201915984


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