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中科院化學(xué)所陳傳峰、李猛團(tuán)隊(duì) Angew:基于刺激響應(yīng)聚合物制備的手性共組裝體用于放大全色圓偏振發(fā)光
2024-10-16  來源:高分子科技

方案1.(a)PFIQ和R/S-5011的分子結(jié)構(gòu)。(b)手性刺激響應(yīng)共組裝體的制備方法和CPL信號的調(diào)制方法,以及全色圓偏振發(fā)光能量轉(zhuǎn)移(CPL-ET)的示意圖。


  刺激響應(yīng)發(fā)光材料已成為一類應(yīng)用廣泛、前景廣闊的智能材料。它獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或官能團(tuán)可以在其響應(yīng)于各種刺激(如溫度、pH值、輻射、機(jī)械力等)的同時可視化的調(diào)節(jié)其發(fā)光性能。與此同時,圓偏振光與自然光相比在手性維度上涉及不同的信息,這導(dǎo)致了具有可調(diào)圓偏振發(fā)光(CPL)性質(zhì)的刺激響應(yīng)材料可以應(yīng)用于加密、防偽和傳感等領(lǐng)域。發(fā)光不對稱因子(glum)是評價CPL性能的關(guān)鍵參數(shù),其值可以在-2到+2之間變化。探索提高|glum|值的策略對刺激響應(yīng)型CPL材料的廣泛應(yīng)用具有重要意義。一般來說,手性液晶的選擇性反射有利于獲得高|glum|值,但通過單個手性液晶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)|glum|值超過0.1的全色CPL仍然很困難。如果沒有手性液晶組分的輔助,到目前為止,涉及金屬絡(luò)合物、聚合物、自由基和有機(jī)小分子的大多數(shù)刺激響應(yīng)材料的|glum|值很難超過0.1。特別是,無論采用何種手性結(jié)構(gòu)設(shè)計和能量轉(zhuǎn)移的策略,大多數(shù)有機(jī)發(fā)光分子的|glum|值都限制在10-2的數(shù)量級。因此,通過簡單的方法開發(fā)具有大|glum|值的新型刺激響應(yīng)CPL材料對于獲得高性能全色CPL體系和智能材料的進(jìn)一步發(fā)展而言是非常必要的。


  在這項(xiàng)工作中,中國科學(xué)院化學(xué)研究所陳傳峰、李猛團(tuán)隊(duì)提出了一種通過非手性共軛聚合物摻雜手性誘導(dǎo)劑制備刺激響應(yīng)型手性共組裝體的新策略。他們首先通過將正辛基修飾的芴與異喹啉單元共聚合成了非手性共軛聚合物PFIQ(方案1)。異喹啉片段可以實(shí)現(xiàn)可逆的質(zhì)子化和去質(zhì)子化,伴隨著PFIQ發(fā)光顏色在藍(lán)色和綠色之間的可逆轉(zhuǎn)變。此外,正辛基可以促進(jìn)PFIQ和手性誘導(dǎo)劑的共組裝過程,從而形成高度取向的結(jié)構(gòu)。PFIQ可以與R/S-5011在退火后共組裝形成有序的手性共組裝體P7R3和P7S3,有效地將相應(yīng)CPL信號的|glum|值提高到0.3。所獲得的手性共組裝體在三氟乙酸(TFA)熏蒸和退火處理下可以可逆且顯著地調(diào)節(jié)其CPL行為,|glum|值在0.2和0.3之間表現(xiàn)出可逆變化(圖3)。此外,TFA熏蒸前的手性共組裝可以通過CPL能量轉(zhuǎn)移(CPL-ET)機(jī)制有效地誘導(dǎo)全色非手性發(fā)光分子產(chǎn)生強(qiáng)烈的CPL信號,相應(yīng)的|glum|值均大于0.2(圖2)。此外,通過利用手性共組裝的可逆刺激響應(yīng)CPL活性,實(shí)現(xiàn)了信息加密和解密以及多級邏輯門應(yīng)用(圖4)。這項(xiàng)工作為構(gòu)建具有大|glum|值的刺激響應(yīng)性手性發(fā)光材料和激活非手性發(fā)光分子的CPL行為提供了新的視角。該研究以題為“Chiral Co-assembly Based on a Stimuli-Responsive Polymer towards Amplified Full-Color Circularly Polarized Luminescence”的論文發(fā)表在《Angew. Chem., Int. Ed.》上。文章第一作者是中國科學(xué)院化學(xué)研究所博士生趙文龍,該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


圖1. 聚合物PFIQ在酸熏處理前后的紫外-可見吸收和發(fā)光光譜以及通過核磁共振氫譜對其變色原因的探究。


圖2. 手性共組裝體通過圓偏振發(fā)光能量轉(zhuǎn)移機(jī)制誘導(dǎo)非手性發(fā)光分子產(chǎn)生圓偏振光。


圖3. 手性共組裝體的可調(diào)節(jié)圓偏振發(fā)光性質(zhì)及其加密-解密應(yīng)用。


圖4. 基于手性共組裝體的可調(diào)節(jié)圓偏振發(fā)光性質(zhì)及CPL-ET機(jī)制編輯的多重邏輯門。

  總結(jié),作者通過利用正辛基修飾的芴和異喹啉共聚合成了一種刺激響應(yīng)型共軛聚合物PFIQ。經(jīng)過熱退火處理后,PFIQ與R/S-5011混合可以形成有序的手性共組裝體,其有序結(jié)構(gòu)可以有效地傳遞手性并放大CPL信號,從而得到0.3的高|glum|值。此外,深藍(lán)色CPL可以實(shí)現(xiàn)能量下轉(zhuǎn)換,手性共組裝體P7R3和P7S3通過CPL-ET機(jī)制成功誘導(dǎo)了全色非手性發(fā)光分子產(chǎn)生CPL信號,并且相應(yīng)的|glum|值均大于0.2。此外,通過TFA熏蒸和退火處理,可以可逆地調(diào)節(jié)手性共組裝體的CPL行為,使其實(shí)現(xiàn)信息加密和解密應(yīng)用。此外,利用手性組裝體的可切換CPL性質(zhì)和CPL-ET機(jī)制,編輯了多重邏輯門。這項(xiàng)工作不僅為開發(fā)具有大|glum|值的全色CPL材料鋪平了道路,也為激活非手性發(fā)光材料產(chǎn)生CPL信號提供了一種方便通用的方法,同時也為應(yīng)用于信息存儲和加密領(lǐng)域的刺激響應(yīng)型CPL材料的構(gòu)建提供了新的思路。在過去的一年中,該團(tuán)隊(duì)在利用自組裝和共組裝策略提高手性發(fā)光材料的發(fā)光不對稱因子方面進(jìn)行了大量的工作并取得了開創(chuàng)性研究成果(Angew. Chem. Int. Ed. 202463, e202412283; Adv. Mater. 202436, 2406550)。


  原味鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202416863

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(責(zé)任編輯:xu)
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