近日，英國皇家化學(xué)會出版的頂級期刊《Materials Horizons》在線發(fā)表了鄭炎松課題組在用手性AIE分子開發(fā)圓偏振發(fā)光(Circularly Polarized Luminescence, CPL)材料方面的研究成果，題目為“The Largest CPL Enhancement by Further Assembling of Self-Assembled Superhelices Based on Helical TPE Macrocycle”，論文號：10.1039/D0MH01303J。這是繼課題組今年在《Nat. Commun.》（Chiral recognition and enantiomer excess determination based on emission wavelength change of AIEgen rotor, doi.org/10.1038/s41467-019-13955-z）以及在《Coord. Chem. Rev.》（Chiral AIEgens – Chiral Recognition, CPL Materials and Other Chiral Applications. doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213329）發(fā)表有關(guān)手性AIE分子研究方面論文后，又一新的研究進(jìn)展。
當(dāng)你用手機(jī)觀看運(yùn)動員大腳開球時(shí)，足球會飛出屏幕，直奔你的頭而來，場面更加刺激，這就是將來三維立體顯示的畫面，而能夠發(fā)射CPL熒光的有機(jī)化合物將能帶來這種裸眼可見的立體顯示效果。手性CPL活性材料能否在實(shí)際中應(yīng)用，它們的CPL不對稱因子大小和熒光量子產(chǎn)率高低是關(guān)鍵因素。但手性有機(jī)熒光分子CPL不對稱因子一般只有10-5至10-3，遠(yuǎn)小于理論絕對值2。為解決這一問題，一般是使用有機(jī)熒光分子自組裝生成超級螺旋纖維來提升CPL強(qiáng)度，但不對稱因子一般也只能達(dá)到10-2數(shù)量級。
在該研究中，作者首先設(shè)計(jì)合成了螺旋漿型構(gòu)象固定的螺旋四苯乙烯（TPE）四環(huán)四胺1，它能夠被拆分成具有單一左右螺旋方向的兩個(gè)對映體M-1和P-1。在二氯乙烷中，M-1和P-1能夠發(fā)射較強(qiáng)的CPL信號，但CPL不對稱因子只有10-3數(shù)量級。當(dāng)加入十二烷基苯磺酸（DSA）后，由于自組裝生成了超級螺旋纖維，CPL不對稱因子可達(dá)到10-1數(shù)量級，增加了60多倍。更為難得的是，自組裝的單一手性螺旋纖維能夠與酒石酸（TA）的某一對映體進(jìn)一步自組裝生成更大的螺旋纖維，使不對稱因子絕對值達(dá)到0.61，CPL信號進(jìn)一步放大到200多倍，得到了迄今為止最大的CPL放大倍數(shù)，而且不論在固體狀態(tài)還是在溶液中，都能得到如此強(qiáng)的CPL信號。而加入TA的另外一種對映體，CPL強(qiáng)度沒有變化，螺旋纖維大小和原來一樣，表現(xiàn)出對TA非常高的對映體選擇性。此外由于TPE單元典型的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）效應(yīng)，所得到的CPL活性材料其熒光量子產(chǎn)率接近100%，極有利于CPL活性材料的進(jìn)一步應(yīng)用研究。
圖1. 手性M-1分子自組裝生成超級螺旋纖維，然后再次自組裝生成更大螺旋纖維和CPL不斷增強(qiáng)示意圖
由于目前熒光分子自組裝生成螺旋纖維是獲取CPL活性材料的重要途徑，而自組裝螺旋纖維的再次自組裝，可以進(jìn)一步增強(qiáng)CPL活性，大幅提升不對稱因子，因此該論文所提出的自組裝納米纖維再次自組裝的概念，將能用于開發(fā)出一系列不對稱因子高、甚至達(dá)到理論值的有機(jī)CPL活性材料。
該論文得到了國家自然科學(xué)基金多層次手性物質(zhì)的精準(zhǔn)構(gòu)筑重大研究計(jì)劃以及面上項(xiàng)目（編號：91856125，21673089和22072050）的資助。論文第一作者為2020屆袁迎雪博士，通訊作者為鄭炎松教授，共同作者為胡明博士生，張愷然、周婷婷研究生以及中科院化學(xué)研究所劉鳴華教授和王頌博士。
