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北化邓建平教授/赵彪副教授团队《ACS AMI》:利用手性诱导和圆偏振光激发构筑全色可控圆偏振发光材料

日期: 来源:高分子科技收集编辑:老酒高分子
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由于圆偏振发光(CPL)材料在有机发光器件、3D光学显示、信息存储和加密等领域具有巨大的应用前景,受到科研人员的广泛关注。目前,从非手性单体或非手性螺旋聚合物出发制备具有高发光不对称因子(glum)且信号可调控的CPL材料仍是此领域的研究重点和难点。利用手性诱导策略可以实现手性信息由手性客体至非手性物质的传递,简化了手性材料的制备过程。此外,手性和荧光是制备CPL材料的两个关键因素,但迄今为止关于CPL的产生机理仍众说纷纭。因此,探究具体的CPL产生机制对于此领域的基础研究和实际应用都具有十分重要的意义。

近日,北京化工大学材料科学与工程学院邓建平教授/赵彪副教授团队基于对非手性螺旋聚合物的手性诱导策略,成功制备得到具有强光学活性的手性膜材料。该工作利用手性α-蒎烯创造手性环境,在固体流延膜中实现了α-蒎烯至消旋螺旋聚炔的手性诱导,其中分子间Π-Π共轭作用被证明是实现手性诱导作用的主要驱动力。随后,通过向手性诱导体系中引入不同荧光组分成功实现了全色CPL信号发射(图1)。获得的手性荧光复合膜材料具有较高的发光不对称因子(glum),最高可以达到9×10-2(图2)。
 

图1 基于手性诱导策略构筑全色CPL复合膜材料的示意图
 

图2 手性荧光复合膜的(a-d)PL光谱、(e-h)CPL光谱和(i-l)glum光谱。插图显示了UV-365光下的光学图像

此外,针对此手性荧光复合体系,该工作提出了一种新的CPL产生机制—圆偏振光激发(CP-Ex):即手性螺旋聚合物起到类似偏振片的作用,当入射的激发光穿过手性螺旋聚炔链时,非偏振光转换为偏振光,此偏振光可以进一步激发荧光团最终产生CPL信号的发射。基于此种机制下的材料体系,其CD谱图与CPL谱图具有相反的信号方向。该工作中手性膜与荧光膜并排的双层膜测试体系(R(S)-PMY/F)进一步验证了上述机理。与双层膜体系相比,手性荧光共混膜中高glum值的存在,表明材料体系中很可能存在手性聚合物向荧光分子的手性传递作用,即在CP-Ex和手性传递的协同作用机制下,成功获得具有高glum值的全色及白光CPL膜材料(图3)。对于双层膜体系,可以通过改变激发光源位置来实现CPL信号方向的可切换性,这是利用两种不同的CPL产生机制来实现的,即CP-Ex和“匹配规则”(图3)。
 

图3 共混膜和双层膜中CPL生成机制的示意图

该工作为圆偏振发光的产生机理提供了一种新的见解,有望为构建圆偏振发光材料提供一种简单、通用的新途径。相关研究成果以“Brightening up Full-Color and White Circularly Polarized Luminescence through Chiral Induction and Circularly Polarized Light Excitation”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。文章第一作者是北京化工大学材料科学与工程学院硕士生杨红芳。该研究得到国家自然科学基金的支持。


原文链接:

https://doi.org/10.1021/acsami.3c01145


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