我校青年学者在超分子荧光调控领域研究取得重要进展
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我校青年学者在超分子荧光调控领域研究取得重要进展


发布时间:2019-10-22

  近期,化学与分子工程学院徐林教授课题组在超分子荧光调控领域研究取得重要进展。利用光诱导电子转移(Photo-induced Electron Transfer, PET)和分子内电荷转移(Intramolecular Charge Transfer, ICT)的精准调控策略,通过PET和ICT转换克服重金属配位组装对荧光淬灭的不利影响并实现组装后荧光量子效率提高以及波长位移放大,实现“组装不利效应”向“组装有利效应”的转变,从理性层面指导高荧光量子效率、宽程发射的超分子荧光金属组装体的设计与构筑。研究成果以“Switchable organoplatinum metallacycles with high quantum yields and tunable fluorescence wavelengths”为题发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上(Nat. Commun., 2019, 10, 4285)。

化学与分子工程学院徐林教授课题组成果在《自然·通讯》发表

徐林教授与博士研究生朱俊龙同学

  自从1987年诺贝尔化学奖授予在超分子化学领域做出突出贡献的三位科学家以来,超分子化学已经发展成为一门和材料科学、生命科学、信息科学以及环境科学等诸多领域相互融合和交叉的前沿学科。作为超分子化学研究的核心内容之一,自组装被认为是在分子以上层次创造新物质和产生新功能的重要手段。近年来,化学家们通过配位键导向自组装高效构筑了大量结构精美的超分子金属自组装体系。基于其在传感、催化、信息存储、光捕获、疾病诊疗等领域的应用前景,超分子荧光金属组装体系引起了广泛的研究兴趣。但是,由于配位重金属的荧光淬灭性以及配位键的动态可逆性,构筑高荧光量子效率、荧光发射波长可宽程精细调控的超分子荧光金属组装体一直是该领域的难点和挑战。

化学与分子工程学院徐林教授

  徐林教授是杨海波教授领导的超分子化学团队重要研究骨干,长期从事超分子荧光化学领域的研究。前期,徐林教授在国际上率先通过荧光共振能量转移技术实现了配位组装过程和机理的高灵敏、无损伤、原位监测和研究,解决了超分子配位组装过程和机理难以实时监测的难题(J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 9459);在深入理解配位组装过程和机理的基础上,发展了限域配位自组装新策略,构筑了稳定性增强、功能强化的有机无机杂化超分子荧光材料,解决了超分子配位组装体稳定性弱的问题(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 5049);此外,发展了分子尺寸可控伸缩的轮烷树枝状分子的合成新方法,有望实现智能响应型荧光功能材料的高效制备(Nat. Commun., 2018, 9, 3190)。

  在前期研究工作的基础上,近期,徐林教授通过合理的分子设计,合成了光诱导电子转移(PET)和分子内电荷转移(ICT)可精准调控的超分子荧光基元(图1)。在荧光基元与重金属Pt (II)配位过程中,抑制了荧光基元中吡啶孤对电子的PET效应,导致组装后荧光量子效率提高;此外,Pt (II)与吡啶的配位还会增强吡啶的拉电子效应,引起ICT效应的加剧,从而导致组装后组装体的波长位移放大,实现超分子荧光金属组装体荧光宽程发射。值得注意的是,在传统的Pt-吡啶配位组装体中,由于难以实现通过吡啶基对组装基元的PET和ICT调控,Pt (II)的重金属效应往往导致超分子金属组装体的荧光减弱或淬灭,并较难实现对组装体的荧光性质的精细调控。

PET和ICT可调控的超分子荧光组装体的构筑示意图

  需要指出的是,该系列超分子荧光金属组装体的发光机理以及调控机制通过对照控制实验、辐射跃迁与非辐射跃迁分布实验、时间相关单光子计数法(Time-Correlated Single Photon Counting, TCSPC)以及含时密度泛函理论(Time-Dependent Density Functional Theory, TD-DFT)等进行了验证。

  基于该系列超分子荧光金属组装体优异的荧光性能,制备了可加工荧光薄膜、具有防伪打印性质的荧光墨水等多种超分子荧光材料(图2)。例如,在肉眼观察下,所制备的材料为本底白色并不呈现任何图案,而在简单便携式荧光仪的照射下,所制备的材料立即呈现出不同颜色、强荧光的中国结图案。该系列超分子荧光材料有望实现在智能响应、信息存储和光信息防伪等领域的应用。

基于超分子荧光金属组装体制备的可加工荧光薄膜和荧光喷墨打印材料

  我校博士研究生朱俊龙同学为该论文的第一作者,化学与分子工程学院徐林教授和杨海波教授为共同通讯作者,www.yzc388.com-亚洲城ca88手机版官网「最新」网址为第一作者单位和唯一通讯作者单位。工作中部分光谱研究和理论计算研究分别得到了我校精密光谱国家重点实验室陈缙泉研究员和孙海涛研究员课题组的支持与帮助。


原文阅读:http://www.nature.com/articles/s41467-019-12204-7



采访、摄影|吕安琪  文、来源|化学与分子工程学院  编辑|张晶晶  编审|郭文君


作者: | 信息来源:新闻网 | 浏览次数:413

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