ACS Cent. Sci. | 北京化工大学邓建平/赵彪团队：螺旋聚合物作为手性放大器调控手性荧光小分子高效圆偏振发光

英文原题：Helical Polymer Working as Chirality Amplifier for Generating and Modulating Multi-Color Circularly Polarized Luminescence in Small Molecular Fluorophore/Polymer Composite Films

通讯作者：邓建平、赵彪

作者：马烁、赵彪、邓建平

背景介绍

圆偏振发光 (Circularly Polarized Luminescence, CPL) 材料在信息加密、三维显示和生物成像等领域具有广阔的应用前景。目前, CPL材料从制备体系角度主要可分为稀土金属配合物、有机小分子、聚合物、超分子组装体、以及液晶等。其中，手性有机小分子材料因其分子结构易修饰、发光性能优异以及构效关系明确等优点引起了研究者的广泛关注。然而，有机小分子CPL材料的发光不对称因子普遍较低，甚至很多手性荧光小分子不具备CPL活性，无法满足应用需求。因此，如何实现、调控和放大手性荧光小分子的CPL性能，对推动有机小分子CPL材料的进一步发展至关重要。

文章亮点

1

将无CPL性能的手性荧光小分子与消旋螺旋聚炔相结合，通过两组分间的手性传递与手性放大，实现了手性荧光小分子CPL信号从无到有的转变，制备了多色CPL发射的复合膜材料。

2

体系具有较好的普适性，且复合膜表现出较高的发光不对称因子，最高可达−0.028。

3

利用圆偏振荧光能量传递策略，将上述多色CPL复合膜作为圆偏振能量供体激发非手性荧光受体，进一步实现红光CPL发射。

图文解读

本文的研究思路如图1所示，我们基于手性苯乙胺和1.8-萘二酸酐合成了三种具有不同荧光发射的手性小分子。然而，与大多数兼具手性与荧光性能的有机小分子一样，此处合成的手性荧光小分子并不具备CPL活性。为了解决这一难题，我们将消旋螺旋取代聚炔作为手性放大器引入到体系中，成功制备得到具有优异CPL性能的小分子/聚合物复合膜材料。随后，通过圆偏振荧光能量传递过程，利用制备的CPL薄膜作为能量供体成功激发非手性尼罗红分子实现红光CPL发射。

图1. 多色 CPL 的制备和圆偏振荧光能量传递示意图

复合膜的CPL性能结果如图2所示。蓝、绿、黄三种荧光复合膜均表现出明显的CPL信号，发光不对称因子处于10-3–10-2数量级，最高可达−0.028。在成膜过程中，手性小分子通过非共价键相互作用将自身手性传递至聚炔主链诱导出螺旋手性，呈现出手性放大效应；伴随着成膜过程中组分的组装和聚集，被诱导的螺旋手性进一步转移给手性荧光小分子，最终赋予复合膜CPL活性，实现材料CPL性能从无到有的跨越。

图2. 手性荧光小分子/螺旋聚合物复合膜的CPL性能及生成机理

为了进一步调控材料的CPL发射波长，我们利用圆偏振荧光能量传递策略，以上述CPL复合膜作为供体，利用其发射出的圆偏振荧光激发非手性尼罗红分子 (受体)，成功得到了更高波长的红光CPL（图3）。该过程中，组分间无需直接相互作用，通过光子的释放与吸收即可实现圆偏振荧光能量的有序传递，为调控CPL材料的发射波长提供了一个有效范例。

图3. 圆偏振荧光能量传递制备红光CPL

总结与展望

本研究针对手性荧光小分子CPL性能差的难题，建立了一个简单且普适的解决策略。将手性荧光小分子与消旋螺旋聚炔相结合，通过两者间的手性传递与手性放大，实现了材料的高效CPL发射。一方面，螺旋聚合物改善了小分子材料的光学活性和CPL性能；另一方面，小分子向聚合物的手性传递使得手性聚合物在CPL材料的构建中不再是必须的。基于该方法，未来有望不断发展出更多新颖的 CPL 材料。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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