ACS Mater. Lett. | 兼具高不对称因子与高发光效率的圆偏振发光材料

英文原题：Rational Design of Circularly Polarized Luminescent Aggregation-Induced Emission Luminogens (AIEgens): Promoting the Dissymmetry Factor and Emission Efficiency Synchronously

通讯作者：余振强, 深圳大学；任相魁, 天津大学；唐本忠, 香港科技大学

作者：Yue Wu (吴玥), Li Hong You (尤丽红), Zhen-Qiang Yu (余振强), Jia-Hui Wang (王嘉慧), Zhengong Meng (孟振功), Yi Liu (刘一), Xin-Shun Li (李新顺), Kuo Fu (付阔), Xiang-Kui Ren (任相魁) and Ben Zhong Tang (唐本忠)

圆二色吸收光谱(CD)作为一种手性吸收光谱，广泛应用于生物、化学、材料等领域，是手性研究最基本的分析手段。因为检测技术限制等客观原因，手性发光(荧光)的研究此前鲜有报道，但近年来得益于检测仪器发展，手性发光相关研究被广泛报道，特别是圆偏振发光(CPL)材料成为手性化学研究的新热点。圆偏振发光是指手性发光体系发射出具有差异的左旋和右旋圆偏振光的现象，在3D显示、CPL激光、生物探针、光催化不对称合成等领域具有广泛的应用前景。

发光不对称因子是圆偏振发光重要的指标，其计算公式为：g_lum=2(I_L-I_R)/(I_L+I_R)，当不对称因子g_lum为+2或-2时，代表纯左旋或右旋圆偏振光，但圆偏振发光材料实际的g_lum值却小得多，通常为10^-5~10^-3。作为发光材料，发光量子效率自然也是非常重要的指标。因此，构筑兼具高g_lum和高发光量子效率的有机发光体系是CPL领域的关键问题。遗憾的是，在追求高不对称因子的手性发光材料时，荧光量子效率这一重要指标却被忽略了，能够同时实现高不对称因子与高发光量子效率的手性发光材料鲜有报道。

为了同时实现高不对称因子与高发光量子效率，深圳大学余振强课题组与天津大学任相魁副教授和香港科技大学唐本忠院士合作，设计并合成了一系列手性发光液晶分子(图1)：1)引入经典的手性液晶基元胆固醇，利用液晶有序排列的优势，构筑宏观有序的手性体系以提高发光不对称因子；2)选取聚集诱导发光(AIE)基元二氰基二苯乙烯基苯(dicynaodistyrylbenzene, DCS)，确保凝聚态下的高荧光量子效率。

图1. 手性发光液晶分子结构。

如图1所示，我们合成了α与β位的DCS发光液晶。基于DCS的AIE效应，液晶态荧光量子效率最高达到了73.7%，最低也能达到17.9%(图2)。

图2. 手性发光液晶的AIE性能及量子效率。

通过偏光显微镜观察到了经典的手性液晶织构：螺旋织构(α-5C，图3A)，胆甾油滴织构(α-8C，图3B)，指纹织构(β-5C，图3C)与油丝织构(β-8C，图3D)。值得一提的是，通过二维广角X-射线衍射(2D-WAXD)可以直接解析出α-5C的螺旋结构。偏光显微镜与2D-WAXD的结果表明该类分子能够形成良好的手性液晶相，为提高CPL的不对称因子创造了良好的宏观环境。

图3. 手性发光液晶织构与二维广角X-射线衍射。

通过圆偏振发光及其不对称因子测试发现(图4)，液晶态的圆偏振发光强度远远高于其溶液态强度，液晶态的不对称因子与溶液态相比提升了157倍，达到了10^-1量级，实现了高不对称因子的圆偏振发光。进一步研究发现，当DCS与胆固醇间的间隔基为8个亚甲基时，以左旋圆偏振发光为主；间隔基为5个亚甲基时，则以右旋圆偏振发光为主。这一结果也为手性化合物的手性翻转提供了新的思路。

图4. 手性发光液晶获得高不对称因子的圆偏振发光。

总之，本工作将AIE应用于手性液晶分子的设计，获得了一系列手性发光液晶材料，在液晶态实现了兼具高不对称因子与高荧光量子效率的圆偏振发光。

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ACS Materials Lett.2020, 2, 5, 505-510

Publication Date: April 7, 2020

https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.0c00063

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