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设计合成在溶液和固体状态下都能表现出高发射效率的双相态发射(Dual-phaseemission,DPE)荧光分子对于开发下一代先进的光学材料和生物医学材料具有重大意义。一般来说,聚集诱导荧光猝灭(Aggregationcausedquenching,ACQ)和聚集诱导的发射(Aggregation-inducedemission,AIE)是荧光分子中记录最多的现象。ACQ分子在溶液中表现出强烈的发光,但在固态时荧光猝灭,而AIE分子则表现出恰恰相反的现象。到目前为止,由于AIE和ACQ荧光团之间存在巨大的结构差异,在溶液和固态中都具有高效发射效率的发光材料很少。因此,合理设计和获得DPE发光材料仍然是一个巨大的挑战。有机硼荧光染料因其优异的光物理性能长期以来一直是被研究的焦点。但是由于存在ACQ,有机硼荧光染料被广泛应用于如细胞微环境等复杂的场景中受到严重限制。
有鉴于此,复旦大学朱亮亮教授课题组提出了一种合理的策略来创建具有高效发光效率的DPE有机硼荧光染料,通过结构工程消除了刚性结构和自吸收之间的差距。该团队基于苯并噻唑开发了一类具有刚性-扭曲母核结构和适度分子内电荷转移(ICT)效应的有机硼荧光染料。刚性–扭曲的母核骨架是通过两个五氟苯基和苯并噻唑烯醇络合硼配位构建而成的。咔唑基团作为电子供体部分通过苯基连接在母核上,形成D–A型分子。母核的刚性部分和适度的分子内电荷转移效应有利于荧光分子在液态的辐射跃迁,扭曲的母核结构可以有效地抑制在聚集态时分子间强烈的π?π堆积。作者通过核磁共振波谱、高分辨质谱、X射线晶体学对配合物进行了表征,结合密度泛函理论并对其光物理性质进行了详细研究。该文已发表在ChineseChemicalLetters中,doi:10./j.cclet..06.
本文亮点:
1.提出一种刚性-扭曲母核结构结合适度分子内电荷转移的策略成功构建高效发光效率的DPE有机硼荧光染料。
图1.(a)化合物HN1-4的化学结构式,(b)DPE有机硼荧光分子的设计理念
2.化合物HN4具有迄今为止有机硼荧光染料中最高的DPE光致发光量子产率,在溶液中高达99%,在固态中高达68%。
图2.HN1-4在溶液和固态中的发光图片(nm紫外灯)和量子产率
3.化合物HN4表现出可以通过量子产率的可逆变化来感知压力的能力,具有构建优越的固态荧光分子开关器件的潜力。
图3.(a)HN4粉末在初始态、研磨后和CH2Cl2溶剂蒸汽熏蒸后的发射光谱。(b)HN4粉末研磨前后的照片(nm紫外灯)和量子产率。(c)HN4分子荧光开关性能的机理
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