溶液中的圓偏振發(fā)光在生物成像、分子識別、水污染監(jiān)測等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。然而，溶液中手性有機(jī)分子產(chǎn)生的圓偏振光具有較小的不對稱發(fā)光因子，通常在10-5-10-3之間。此外，手性有機(jī)發(fā)光分子的制備涉及手性拆分，該過程繁瑣且成本高昂，不利于實(shí)現(xiàn)手性發(fā)光分子的廣泛應(yīng)用。因此，實(shí)現(xiàn)非手性有機(jī)發(fā)光分子溶液產(chǎn)生具有高不對稱發(fā)光因子的圓偏振光具有重要意義。
圖1 復(fù)合體系圓偏振光產(chǎn)生示意圖與液晶組成
近期，中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子識別與功能重點(diǎn)實(shí)驗室的陳傳峰研究員團(tuán)隊制備了一系列由SLC1717和R/S-5011組成的手性向列相液晶（N*-LC）。通過將N*-LCs置于非手性有機(jī)發(fā)光分子溶液的后面開發(fā)了一種通用策略（圖1）。通過溶液-液晶復(fù)合體系的選擇性反射透射機(jī)制產(chǎn)生了發(fā)光不對稱因子超過1.5、甚至達(dá)到2.0的全色和白色圓偏振光。這種方法具有廣泛普適性，從溶液體系的角度上講，該方法適用于水溶液和有機(jī)溶液體系。從發(fā)光類型的角度上講，該方法適用于各種類型的發(fā)射光，包括熒光、磷光、熱激活延遲熒光（TADF）和多共振熱激活延遲熒光（MR-TADF）（圖2，圖3）。此外，在分子水平上，該方法避免了手性有機(jī)發(fā)光分子所需的復(fù)雜手性拆分和純化過程。在N*-LC水平上，這種方法避免了由于發(fā)光分子摻雜而造成的N*-LC有序組裝的破壞。在材料層面，與傳統(tǒng)光學(xué)元件相比，這些N*-LC材料更易于制備、更具成本效益。這些優(yōu)勢凸顯了該復(fù)合方式在后續(xù)大規(guī)模應(yīng)用中的潛力。此外，通過利用溶液體系的可逆酸堿響應(yīng)和復(fù)合體系的選擇性反射傳輸機(jī)制，成功實(shí)現(xiàn)了圓偏振光開關(guān)和邏輯門應(yīng)用（圖4）。這種通用且穩(wěn)健的策略為構(gòu)建圓偏振發(fā)光體系提供了新的靈感和設(shè)計理念。該工作以“Circularly polarized luminescence with high dissymmetry factors for achiral organic molecules in solutions”為題發(fā)表在《Nat. Commun.》上（Nat. Commun. 2025, 16, 2940）。文章的第一作者是中國科學(xué)院化學(xué)研究所博士研究生紀(jì)明君，共同第一作者是中國科學(xué)院化學(xué)研究所博士研究生趙文龍。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部和北京分子科學(xué)國家研究中心的支持。
圖2 本研究中測試的非手性發(fā)光分子的結(jié)構(gòu)
圖3 光譜測試結(jié)果示例
圖4 邏輯門應(yīng)用
該工作是陳傳峰研究員團(tuán)隊近期關(guān)于實(shí)現(xiàn)高不對稱因子圓偏振發(fā)光組裝體系研究的最新進(jìn)展之一。在過去的兩年中，該團(tuán)隊首先制備了基于硼氮的手性聚合物R/S-PBN（Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202412283）。這一聚合物自組裝后表現(xiàn)出了0.07的電致發(fā)光不對稱因子、9.8%的外量子效率以及36 nm的窄半峰寬。隨后，該團(tuán)隊將商品化發(fā)光聚合物F8BT，R/S-5011和DBN-ICZ進(jìn)行三元共組裝（Adv. Mater., 2024, 36, 2406550），由于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）的存在，共組裝體系表現(xiàn)出了0.16的電致發(fā)光不對稱因子、4.6%的外量子效率和37 nm的窄半峰寬。此外，該團(tuán)隊制備了一種藍(lán)色發(fā)光聚合物PFIQ，與R/S-5011進(jìn)行二元共組裝后得到的共組裝體系表現(xiàn)出0.3的光致發(fā)光不對稱因子，并顯示圓偏振光能量轉(zhuǎn)移的性質(zhì)（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202416863）。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58355-8
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