手性Au(I)基AIE材料:手性自组装与结晶诱导的高效圆偏振磷光

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》:Chiral Au(I)-based AIEgens: chiral self-assembly and crystallization-induced efficient circularly polarized phosphorescence

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月27日 来源:Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 4.3

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   •设计并合成了两对含有薄荷醇酯基团的新型手性AIPE活性Au(I)配合物。•L/D-2 的旋涂膜组装成微米级纤维网络结构,并展现出镜像的圆偏振磷光(CPP)。•单晶形成了手性二聚体介导的手性螺旋超分子堆积结构,并表现出高效的CPP性能。•L-2 单晶的 |glum| 值高达

  
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    设计并合成了两对含有薄荷醇酯基团的新型手性AIPE活性Au(I)配合物。
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    L/D-2 的旋涂膜组装成微米级纤维网络结构,并展现出镜像的圆偏振磷光(CPP)。
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    单晶形成了手性二聚体介导的手性螺旋超分子堆积结构,并表现出高效的CPP性能。
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    L-2 单晶的 |glum| 值高达 9.6 (±0.3) × 10?2,PLQY 为 0.41。

引言

圆偏振磷光(CPP)材料兼具手性特征与磷光性能,能够直接发射左旋或右旋圆偏振光 [1], [2], [3]。这类材料还继承了传统磷光材料的固有特性,如长寿命和大斯托克斯位移 [4], [5]。自 2018 年 Duan 等人首次报道以来 [6],众多研究者致力于推动 CPP 研究,以发展其在三维显示、信息加密和生物成像等前沿领域的应用 [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14]。例如,2020 年 [13],Chen 等人开发了一种手性咔唑衍生物,该衍生物表现出可逆的光/热响应圆偏振超长时间室温磷光(CP-OURTP),并成功构建了具有 CPL 功能的加密组合逻辑器件。2024 年,Tang 课题组开发了一种高度扭曲的螺旋环芳烃杂芳烃,在溶液中发射近红外 CPP,并将其应用于细胞和肿瘤的乏氧成像 [14]。尽管取得了上述重大进展,高性能 CPP 材料的制备仍面临巨大挑战。一方面,传统发光材料在其聚集态下常受聚集诱导淬灭(ACQ)效应影响,导致固态发光效率显著下降 [15]。另一方面,同时获得高荧光量子产率(PLQY)和大发光不对称因子(glum)极为困难,因为这两个参数往往相互制约,存在权衡关系 [16], [17]。
近年来,将聚集诱导发光(AIE)特性与手性光学性质相结合的研究进展,推动了基于 AIE 的圆偏振发光(CPL)材料的发展 [18]。这些体系为传统发光材料固态发光效率低这一长期存在的难题提供了一个有前景的理论解决方案 [19]。此外,AIE 发光素可通过氢键、π-π 堆积和范德华力等非共价相互作用,手性自组装形成具有长程有序结构的超分子架构 [20], [21], [22]。这些组装体通常表现出显著的手性放大效应,从而在分子水平上实现远超单个分子的 glum [23], [24], [25], [26]。
结晶材料作为一种独特的聚集态物质形态,为实现高 glum 的 CPL 提供了理想平台 [27], [28], [29], [30], [31]。高刚性的晶体结构能有效抑制分子振动和旋转,从而减少非辐射跃迁,同时稳定手性构象 [32]。此外,通过明确的分子间相互作用,晶体体系形成高度有序的介观螺旋组装体,将手性从分子尺度传递至晶体本身的微米甚至毫米尺度 [30], [33], [34], [35]。例如,2021 年 [30],Hu 等人发现四苯乙烯能形成同手性单晶,无需任何手性源即可实现高效 CPL,glum 达到 0.53。此外,他们还成功利用该体系实现了非手性染料的全彩 CPL 诱导。近期,Chowdhury 等人报道了一种手性取代的三氮杂杯芳烃半导体材料,其晶体中的螺旋超分子结构赋予价带和导带角动量,从而产生高效 CPL [31]。
Au(I) 配合物中的重原子效应提供了强的自旋-轨道耦合,有效促进系间窜越,从而稳定三重态激子并赋予材料高效的室温磷光性能 [36], [37]。更重要的是,Au(I) 配合物的结构多样性为形成多样的超分子相互作用创造了有利条件 [38], [39]。在过去二十年间,研究者开发了一系列具有迷人性质的功能性 Au(I) 配合物,包括聚集诱导发光、刺激响应变色发光、手性自组装、多晶型、室温磷光、热活化延迟荧光和圆偏振发光 [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46]。因此,将手性结构引入 Au(I) 配合物有望构建具有高 glum CPP 性能的手性发光分子。
在本工作中,设计并合成了两对含有薄荷醇酯单元的 手性 Au(I) 配合物 L/D-1 和 L/D-2,二者均表现出显著的聚集诱导磷光发射(AIPE)性质(方案 1a)。在高含水量的 1,4-二噁烷-水混合体系中,两种配合物通过分子间相互作用自组装成手性二维纳米片结构。在旋涂膜中,L/D-2 的微米级纤维网络组装体成功展现出镜像的 CPP 信号,其 glum 分别达到 ?5.4 (±0.2) × 10?3 和 +6.8 (±0.1) × 10?3。进一步研究表明,L/D-1 和 L-2 的晶体均表现出高效的 CPP 性能,glum 达到 10?2 量级。具体而言,L-1 和 D-1 晶体的 |glum| 为 1.1 (±0.2) × 10?2,PLQY 分别为 0.17 和 0.20。L-2 晶体的 |glum| 高达 9.6 (±0.3) × 10?2,PLQY 为 0.41。这一出色的 CPP 性能源于配合物通过弱分子间相互作用形成的稳定手性螺旋超结构(方案 1b)。此外,L/D-2 粉末具有由晶体与非晶态之间转变驱动的可逆机械致色发光特性。

分节摘要

合成与表征

Au(I) 配合物 L/D-1 和 L/D-2 按照方案 S1 所示的方法以高产率合成。所得化合物通过 1H、19F 和 13C NMR 波谱以及高分辨质谱进行了系统表征(图 S1-S14),结果均与预期一致。此外,手性 Au(I) 配合物 L/D-1 和 L-2 的分子结构还通过单晶 X 射线衍射(SCXRD)进行了进一步验证,相关数据汇总于表

结论

总之,我们报道了两对含有薄荷醇酯单元的手性 Au(I) 配合物 L/D-1 和 L/D-2。两种配合物均表现出显著的 AIPE 特性。在 fw 为 95% 的条件下,两种配合物通过非共价分子间相互作用自组装成二维纳米片,实现了从薄荷醇酯单元到发色团的手性传递,并产生了镜像 CD 信号。L/D-2 的旋涂膜展示了镜像 CPP,

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知的与本文所述工作存在竞争关系的经济利益或个人关系。

致谢

我们感谢国家自然科学基金委员会(22571108)和中央高校基本科研业务费(CCNU25ZZ281)的经费支持。
付德宾 | 李宁 | 刘闪婷 | 何灿灿 | 任春红 | 刘胜华
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