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北化鄧建平教授/趙彪副教授團(tuán)隊(duì)《Chem. Mater.》:利用圓偏振熒光能量傳遞實(shí)現(xiàn)手性可控多色圓偏振發(fā)射
2023-02-12  來(lái)源:高分子科技

  圓偏振發(fā)光CPL材料由于其獨(dú)特的手性光學(xué)性質(zhì),在3D顯示、信息加密及存儲(chǔ)、光電器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,是當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一。手性和熒光是制備CPL材料的兩個(gè)關(guān)鍵因素,但由于同時(shí)具有手性和熒光性質(zhì)的單體種類少,因此利用非手性發(fā)光模塊構(gòu)建高發(fā)光不對(duì)稱因子glum)的CPL是此領(lǐng)域的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)。能量傳遞是使非手性發(fā)光模塊(熒光受體)實(shí)現(xiàn)CPL的一個(gè)重要策略。在非液晶體系中,通過(guò)能量傳遞策略實(shí)現(xiàn)受體的CPL包含兩個(gè)過(guò)程:手性傳遞和能量傳遞。受體首先經(jīng)過(guò)手性傳遞具備手性,進(jìn)而依靠能量傳遞實(shí)現(xiàn)熒光發(fā)射,最終實(shí)現(xiàn)CPL。在一個(gè)體系中要同時(shí)滿足這兩個(gè)條件目前仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn),這可能阻礙了非液晶體系制備CPL材料的進(jìn)一步發(fā)展。因此,探究?jī)H僅依靠能量傳遞過(guò)程能否實(shí)現(xiàn)受體的CPL對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都具有重要的意義。


圖1 兩種圓偏振熒光能量傳遞途徑制備CPL


  近日,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院鄧建平教授/趙彪副教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了在沒(méi)有手性傳遞的情況下,通過(guò)輻射能量傳遞(RET,雙層膜)和熒光共振能量轉(zhuǎn)移FRET(混合膜)兩種能量傳遞模式均可以實(shí)現(xiàn)受體的圓偏振發(fā)射(圖1)。在這兩者模式條件下,CD信號(hào)發(fā)生變化的原因均是由于非手性熒光素在其紫外-可見(jiàn)光特征吸收波長(zhǎng)處對(duì)左/右圓偏振光具有同等的吸收效應(yīng)所致。在雙層膜中,由于空間隔離的作用,排除手性供體和受體之間的手性傳遞影響;在混合膜中,經(jīng)比對(duì)雙層膜和混合膜的CD譜圖和吸收不對(duì)稱因子g(abs),確認(rèn)了也不存在手性傳遞作用(圖2)。 


圖2 雙層膜b-e和復(fù)合膜g-h的CD譜圖


  為研究雙層膜和混合膜的CPL產(chǎn)生機(jī)理,對(duì)兩種膜體系的CPL信號(hào)進(jìn)行匯總,結(jié)果如表1。前面提到,無(wú)論是雙層膜還是混合膜材料體系,都不存在手性傳遞,因此,CPL的產(chǎn)生機(jī)理排除手性傳遞。通過(guò)表格1發(fā)現(xiàn),混合膜的CPL方向和雙層膜的mode 1的CPL產(chǎn)生機(jī)理應(yīng)該一致,和雙層膜的mode 2不同。在mode 1中,光源先穿過(guò)供體的手性熒光膜從而供體產(chǎn)生圓偏振光,然后此圓偏振光激發(fā)受體形成CPL。由于此時(shí)的雙層膜中的手性熒光膜(供體)和非手性熒光膜(受體)具有空間的隔離效應(yīng),因此CPL產(chǎn)生機(jī)理是受體通過(guò)RET過(guò)程吸收供體的圓偏振熒光的能量從而發(fā)射和供體相同旋向的CPL;在混合膜中同理,其CPL產(chǎn)生機(jī)理是受體通過(guò)FRET過(guò)程吸收供體的圓偏振熒光能量而發(fā)射和供體相同旋向的CPL。而雙層膜的mode 2,其CPL產(chǎn)生機(jī)理是手性聚炔對(duì)受體的熒光的選擇性吸收和透射作用。


表1 雙層膜和混合膜的CPL信號(hào)匯總

注:R代表右旋圓偏振光,L代表左旋圓偏振光。


  該工作為構(gòu)筑圓偏振發(fā)光材料提供了新的思路,和通過(guò)非手性模塊利用能量傳遞構(gòu)建圓偏振發(fā)光材料提供了更能簡(jiǎn)單的策略。相關(guān)研究成果以“Circularly Polarized Fluorescence Energy Transfer for Constructing Multicolor Circularly Polarized Luminescence Films with Controllable Handedness”為題發(fā)表在Chemistry of Materials上。文章第一作者是北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生楊鍇。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c03322

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