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利用超分子镊合策略实现高效率室温磷光发光

室温磷光源于三线态激子的辐射跃迁,因其长发光寿命、大斯托克斯位移等特点,在光电器件与生物成像领域有着重要的应用价值。但是,三线态激子可通过振动弛豫等非辐射跃迁方式返回基态,并极易受到环境中猝灭剂(如氧气、极性分子等)的影响,导致其辐射跃迁效率的极大损失。针对上述问题,科研工作者近期发展了包括 (1) 对磷光分子结晶、(2) 将磷光分子掺于聚合物/无机物基质、(3) 将其包载于刚性大环(如环糊精、葫芦脲等)空腔等一系列新策略。尽管上述方法能够在一定程度上改善发光效率,但方法1不可避免地带来了加工性差等新问题,而后两种方法中磷光分子与载体之间的非共价作用力(主要依赖于氢键、亲疏水作用力等)相对较弱,导致磷光信号易于受环境影响,限制了材料的实际应用。因此,构筑兼具环境适应性和优异加工性的高效率磷光材料仍面临很大的挑战。

非共价镊合物的发光故事,图片创意来自于电影《爱乐之城》(LaLaLand)


近日,中国科学技术大学汪峰点击查看介绍)课题组利用超分子预组织的策略,设计了新型的“分子镊”主体(结构见化合物1),可将铂配合物(结构见化合物2)作为客体包合于其内部空腔中:所形成的非共价镊合物(2⸦1)一方面限制了客体分子自身的振动与转动,另一方面阻断了客体分子与猝灭剂的直接接触,从而显著增强了铂配合物的磷光发光强度(包合后铂配合物的量子产率可达48%,与未包合状态相比可提升百倍)。更有趣的是,该体系由于受到多重π-π堆积作用力的驱动,赋予镊合物很高的非共价结合强度(结合常数Ka:104~10M-1),导致铂配合物在广谱条件下呈现出稳定的磷光发光效率,受溶剂极性、发光基元和环境氧气浓度等条件的影响显著降低。在此基础之上,通过变化铂配合物的取代基(见化合物2-5),可实现磷光发光颜色的调控,并诱导圆偏振室温磷光信号的产生。上述研究成果为高效率磷光发光材料的构筑提供了新的思路。


这一成果发表在近期的《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed.)。论文第一作者为中国科学技术大学李子健博士(已毕业,现于中国工程物理研究院化工材料研究所压装PBX设计与应用团队从事研究工作),通讯作者为中国科学技术大学汪峰教授,该工作得到国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。


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Bright and Robust Phosphorescence Achieved via Non-Covalent Clipping

Zijian Li, Yifei Han, Fude Nie, Mingyang Liu, Hua Zhong, Feng Wang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202015846


导师介绍

汪峰 

https://www.x-mol.com/groups/wangfeng_lab 


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