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

  圓偏振發(fā)光CPL材料由于其獨特的手性光學(xué)性質(zhì),在3D顯示、信息加密及存儲、光電器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,是當今研究熱點之一。手性和熒光是制備CPL材料的兩個關(guān)鍵因素,但由于同時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)光不對稱因子glum)的CPL是此領(lǐng)域的研究重點及難點。能量傳遞是使非手性發(fā)光模塊(熒光受體)實現(xiàn)CPL的一個重要策略。在非液晶體系中,通過能量傳遞策略實現(xiàn)受體的CPL包含兩個過程:手性傳遞和能量傳遞。受體首先經(jīng)過手性傳遞具備手性,進而依靠能量傳遞實現(xiàn)熒光發(fā)射,最終實現(xiàn)CPL。在一個體系中要同時滿足這兩個條件目前仍是一項巨大的挑戰(zhàn),這可能阻礙了非液晶體系制備CPL材料的進一步發(fā)展。因此,探究僅僅依靠能量傳遞過程能否實現(xiàn)受體的CPL對基礎(chǔ)研究和實際應(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/趙彪副教授團隊實現(xiàn)了在沒有手性傳遞的情況下,通過輻射能量傳遞(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信號發(fā)生變化的原因均是由于非手性熒光素在其紫外-可見光特征吸收波長處對左/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)比對雙層膜和混合膜的CD譜圖和吸收不對稱因子g(abs),確認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)生機理,對兩種膜體系的CPL信號進行匯總,結(jié)果如表1。前面提到,無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)生機理排除手性傳遞。通過表格1發(fā)現(xiàn),混合膜的CPL方向和雙層膜的mode 1的CPL產(chǎn)生機理應(yīng)該一致,和雙層膜的mode 2不同。在mode 1中,光源先穿過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)生機理是受體通過RET過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)生機理是受體通過FRET過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)生機理是手性聚炔對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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