手性钙钛矿的结构维度与光电特性

近十年,有机无机杂化钙钛矿凭借其新颖优异的光电特性而引起广泛关注。最近,手性钙钛矿由于结合了钙钛矿材料和手性材料各自独特性能,在三维显示、光学信息处理、量子光学、生物探测、自旋电子等方面具有重要应用价值。根据有机、无机组分的空间分布,可以对手性钙钛矿的结构维度进行分类。本文以手性钙钛矿的不同结构维度为出发点,分别阐述了一维、二维和三维手性钙钛矿的晶体结构、光学和光电特性,包括圆二色性、圆偏振光致发光和光电探测等特性。考虑到二维手性钙钛矿具有独特的范德华层状晶体结构,重点介绍了其与其它二维材料组合成二维异质结构方面的工作。最后,分别从材料制备和器件应用的角度,总结了手性钙钛矿的重点挑战问题和未来发展方向。     

圆偏振光在手性聚合物合成与结构调控中的应用

手性是自然界中普遍存在的有趣现象之一,在生命体中手性大分子特有的不对称结构在维持生命过程、新陈代谢和进化等面均起着决定性作用.受此启发,合成具有新型结构的光学活性聚合物,研究其独特的物理化学性质和功能已成为当今高分子领域研究的热点.左旋和右旋的圆偏振光已被广泛应用于氨基酸衍生物的不对称光合成、光分解和去消旋化反应,以及诱导含有偶氮苯或三苯胺等特定功能基团的超分子组装体或无机纳米粒子形成稳定螺旋结构.本文详细地介绍了圆偏振光辐照在手性聚合物合成与螺旋结构调控中的应用,初步揭示了圆偏振光的作用机制以及优势,归纳总结了已取得的研究进展,并对圆偏振光在手性聚合物合成与结构调控中的应用及发展进行了简单的评述和展望.     

超分子组装体激发态手性的响应性

圆偏振发光主要是指手性发光体系激发态的性质。由于其在信息加密、高分辨3D显示和智能传感器等领域的潜在应用而备受关注。圆偏振光除了可以通过物理方法获得,即使用线偏振片和四分之一波片的组合,还可以直接从具有光致发光或电致发光性质的手性材料中获得。目前研究者们已经开发了多种圆偏振发光材料,主要包括手性有机分子、手性金属配合物等小分子发光体系以及手性超分子组装体等复合体系。通过将手性组分与响应性功能基团结合而构筑的响应性自组装发光体系对实现智能圆偏振发光材料的发展起着重要作用。在这篇文章里,我们对手性超分子自组装发光体系对各种外界刺激的响应性能进行了总结和归纳,如光照、pH值、溶剂、温度、金属离子等。本综述通过对各种外部刺激对手性组装体激发态性能影响的总结和讨论,旨在进一步推动智能圆偏振发光材料在多学科领域的应用。     

手性有机小分子圆偏振发光的研究进展

圆偏振发光不仅能直观地反映手性发光体系的激发态结构信息,而且在3D显示、自旋信息通讯、信息存储与处理、CPL激光、生物探针等领域具有广泛的应用前景.因此,近年来圆偏振发光材料引起了人们越来越多的兴趣与关注,成为有机发光功能材料领域一个新的研究热点.本综述总结近年来关于手性有机小分子圆偏振发光的研究进展,主要围绕具有中心手性、轴手性、面手性和螺旋手性的圆偏振发光有机小分子展开介绍.     

圆偏振热活化延迟荧光材料及其器件的研究进展

圆偏振热活化延迟荧光材料具有分子结构易修饰、激子利用率高及圆偏振发光等特点,在光学信息存储、3D显示、发光器件和数据加密等领域具有广阔应用前景.利用此类材料作为发光层制备的圆偏振有机发光二极管,能够同时实现高发光不对称因子和理论上达100%的激子利用率,对发展低功耗和高性能有机发光二极管至关重要.近年来,通过不断的分子结构设计与优化,该类材料在有机发光二极管中的电致发光效率不断提高,但是仍然存在不对称因子低及效率滚降严重等问题.基于此,整理了目前已报道的圆偏振热活化延迟荧光化合物,重点讨论了其分子结构设计与光物理性质、圆偏振特性以及电致发光性能的关系规律,并对高性能圆偏振热活化延迟荧光材料的制备及其在有机发光二极管中的应用进行了展望.     

手性无机纳米材料圆偏振发光的研究进展

手性无机纳米材料因为具有优异的光物理特性及广泛的应用价值而备受关注。通过采用手性配体对无机纳米材料的表面进行修饰或将无机纳米材料与手性模板进行组装获得的手性结构,可以与光子强烈作用引起偏振态的改变,产生圆偏振光(circularly polarized light, CPL)。从产生机理来讲,CPL主要包括圆偏振荧光和圆偏振散射,在一些情况下这两个机理是共存的。本文总结了硫族半导体纳米材料、金属纳米团簇、钙钛矿、镧系配合物及其他复合纳米材料中CPL的研究进展。此外,还讨论了不同的手性无机纳米材料中CPL的主要来源。本综述得出的结论有望在分子水平上实现对CPL活性材料的各向异性因子进行调控,促进其在量子计算、光学数据存储、信息加密、3D显示器和光学传感等多个领域的发展。     

手性钙钛矿纳米材料的构筑及光电性能

金属卤化物钙钛矿纳米材料因其丰富的化学结构和优异的光电性能,已成为一种极具应用前景的半导体材料。在钙钛矿无机框架中引入有机手性分子后,能够比较容易地得到手性钙钛矿纳米材料,从而可以极大地推动智能光电材料和自旋电子器件的快速发展。本文将综述手性钙钛矿纳米材料的构筑与手性产生机理的最新研究进展,包括一维手性钙钛矿纳米线、二维及准二维手性有机-无机杂化钙钛矿纳米片、三维手性钙钛矿纳米晶、超分子组装体系中诱导的手性钙钛矿纳米晶等。值得注意的是,不同种类的手性钙钛矿纳米材料在圆二色性、圆偏振发光、铁电性、自旋电子学等方面展现出优异的光电性能及巨大的应用前景。但是,有关手性钙钛矿纳米材料的研究目前还处于初级阶段,其中很多机理还存在争议,许多基础性和应用型的工作也有待开展。     

一种新型联萘基旋光共轭聚合物的圆二色谱和圆偏振荧光光谱

众所周知 ,聚合物的光电性质依赖于聚合物链的构象和 (或 )组成 ,通过在聚合物上引入手性单元 ,采用圆二色谱 ( CD)和圆偏振荧光光谱 ( CPL)等方法可表征聚合物结构 [1] .近年来 ,由于圆偏振光可用作光数据存储和液晶显示器背景光 [2 ] ,人们开始注重共轭聚合物圆偏振光材料的研究 .共轭聚合物的光致和电致圆偏振光的现象由一种带手性侧链的聚噻吩[3 ] 和一种带手性侧链的聚 (对苯撑乙烯 ) [4 ]产生 ,但它们的圆偏振荧光度 (用不对称因子 glum=2 ( IL-IR) / ( IL+IR)表示 ,IL 和 IR 分别指左圆偏振光强度和右圆偏振光强度 )相对较低 …     

柔性链在调控有机半导体光电性能中的应用

过去一段时间里, 用于光电器件的可溶液加工有机半导体材料已经取得了巨大的进步. 寻找新的共轭骨架一直是改善器件性能的研究重点. 相比之下, 通常认为只有增溶作用的柔性链的发展一直没有引起足够的重视. 本文希望通过总结近年来有关柔性链在调控有机半导体光电性能方面的研究进展, 探讨柔性链的类型、长度、密度、取向以及节点等对材料光电性能的影响作用及规律, 以期深刻理解柔性链在调控有机半导体光电性能中的作用, 为进一步优化高性能有机半导体材料的分子结构设计提供参考和指导.     

基于八氢联萘酚的大位阻手性发光材料构建及光电性质研究

以手性发光材料为发光中心制备能够直接发射出圆偏振电致发光(circularly polarized electroluminescence, CPEL)的器件, 即CP-organic light-emitting diode (CP-OLED), 在3D显示领域有极大的应用前景. 本工作设计了基于八氢联萘酚的手性热激活延迟荧光材料(S/R)-OBN-tBuCz, 八氢联萘酚作为有效的手性源, 而叔丁基咔唑取代的氰基苯作为高效发光部分. 八氢联萘酚外围较多的氢原子以及较大的叔丁基可以有效增加手性发光分子的空间位阻, 降低堆积效应, 抑制浓度淬灭, 有效提升器件的发光效率. 所合成的手性发光材料展现出明亮的绿光发射(523 nm)、高的荧光量子产率(85.2%)、较小的单线态-三线态能级差ΔE_ST (0.05 eV)和优秀的热稳定性. 圆二色(CD)与圆偏振发光(CPL)光谱显示出明显的对称圆偏振发光信号, 且溶液中的g_PL为+8.6×10^-4和–6.5×10^-4. 基于(S/R)-OBN-tBuCz的电致发光器件表现出优异性能: 起亮电压为3.9 V, 最大亮度为27709 cd•m^-2, 最大电流效率为43.8 cd•A^-1, 最大功率效率为33.5 lm•W^-1, 最大外量子效率为12.4%, 效率滚降很低, 并显示出明显的圆偏振电致发光信号, g_EL分别为+1.57×10^-3和–0.90×10^-3. 大位阻手性发光材料的设计有助于实现高效的CP-OLED, 该研究能促进手性发光材料及圆偏振电致发光器件等相关研究领域的发展.     

Circularly Polarized Light Triggers Biosensing Based on Chiral Assemblies

Chiral assemblies have attracted great interest because of their many potential applications, such as in chiral sensing, asymmetric catalysis, and optical devices. Here, by using specific DNAzymes, a chiral core–satellite assembly consisting of a DNAzyme-driven spiny nanorod dimer core and upconversion nanoparticle (UCNP) satellite was constructed. The chirality of this assembly originates from the geometry chirality. This chiral assembly can be used as a photothermally activated probe for the simultaneous detection of multiple analytes in living cells. Under illumination with 980 nm left circularly polarized (LCP) light, this probe was used to quantify and visualize intracellular metal ions.     

超分子手性组装体的构建与应用

超分子手性组装体通常由多种非共价相互作用协同驱动形成,是一类具有独特手性限域微环境的软物质,对材料工程、生命科学、光学器件、催化合成等领域的发展具有重要作用.其主要构建方法分为三种:手性基元组装、手性因素诱导非手性基元组装、非手性基元对称性破缺组装.通过分析近年来的研究成果,归纳了利用这三种方法构建超分子手性组装体的一般策略,并简要综述了超分子手性组装体在手性模板、手性识别、圆偏振发光及不对称催化领域中的应用进展与亟需弥补的缺陷.随着研究的深入,手性传递机制将得到进一步解释,未来将有助于人们理解生命体内的手性现象,有望最终解答自然界中的手性起源问题.     

Co-Assembly of Chiral Amines and a Four-Armed Cyano-Substituted Luminophore through Hydrogen Bonds for Potential Development of Smart Chiroptical Materials

Chirality transfer from chiral molecules to assemblies is of vital importance to the design of functional chiral materials. In this work, selective co-assembly behaviors between chiral molecules and an achiral luminophore, potentially driven by the intermolecular salt-bridge type hydrogen bonds are reported. Cyano-substituted tetrakis(arylthio)benzene carboxylic acid ( TA ) served as the luminophore and hydrogen bond donors, which underwent co-assembly with different chiral amines. It was found that structures of chiral amines affect the chirality transfer and the properties of co-assemblies due to effects on hydrogen bonds and stacking pattern. Only in specific co-assemblies, the chiroptical properties occurred at both ground state and excited states based on the emerged Cotton effects and circularly polarized luminescence (CPL) signals, revealing that the chirality was successfully transferred from molecular level to supramolecular level. In addition, accurate quantitative examination of chiral amines was realized by circular dichroism (CD) spectra. This work demonstrates the characteristic chirality response and transfer through co-assembly, providing a potential method to develop smart chiroptical materials.     

点手性调控的三股铕螺旋体的非对映选择性自组装及圆偏振发光

具有超分子手性的稀土螺旋体为合成高性能稀土圆偏振发光(CPL)材料提供了结构基础. 然而, 稀土Ln(III)离子较大的半径和不稳定的配位几何构型为合成高光学纯度的稀土螺旋体带来了困难和挑战. 本工作通过在双三齿配体端基引入点手性的方式成功构筑了一对儿对映体纯的手性双核三股铕螺旋体, [Eu₂(L^RR)₃](OTf)₆和[Eu₂(L^SS)₃](OTf)₆. 结合全面的光谱表征和半经验分子力学模型证实了配体端基的点手性成功诱导两个稀土Eu³⁺离子采取相同的Λ或Δ构型, 并形成具有单一M或P螺旋构象的螺旋体. 配合物的镜像圆二色(CD)和CPL光谱也进一步验证了一对儿光学纯对映体的形成. 手性光学性质研究显示螺旋体在乙腈中表现出适中的发光不对称因子(|g_lum|=0.083)和良好的发光量子产率(QY=19%). 该方法为制备性能优异的手性稀土CPL材料提供了一种可行性参考.     

Multiply Twisted Chiral Macrocycles Clamped by Tethered Binaphthyls Exhibiting High Circularly Polarized Luminescence Brightness

Chiral macrocyclic dimers, trimers, and tetramers composed of paraphenylene and tethered binaphthyl were synthesized, and their molecular structures and chiroptical properties were investigated. X-ray analysis and theoretical calculations revealed that multiple twisted molecular structures – dimers, trimers, and tetramers – adopt figure-of-eight, Möbius triangle, and concave rectangle structures, respectively. These homologues have large ϵ values in their UV-vis absorption spectra because of the π-conjugation of the naphthalene-phenylene-naphthalene frameworks. Owing to the shape-persistent ring structure and tethering with −OCH₂CH₂O−, high fluorescence quantum yields and a relatively high dissymmetry factor g_CPL in circularly polarized luminescence (CPL) spectra were achieved. This results in CPL brightness (B_CPL) of over 100, which is greater than that of the conventional organic CPL dye.     

Axially Chiral TADF‐Active Enantiomers Designed for Efficient Blue Circularly Polarized Electroluminescence

The use of a chiral, emitting skeleton for axially chiral enantiomers showing activity in thermally activated delayed fluorescence (TADF) with circularly polarized electroluminescence (CPEL) is proposed. A pair of chiral stable enantiomers, (?)‐(S)‐Cz‐Ax‐CN and (+)‐(R)‐Cz‐Ax‐CN, was designed and synthesized. The enantiomers, both exhibiting intramolecular π‐conjugated charge transfer (CT) and spatial CT, show TADF activities with a small singlet–triplet energy difference (ΔE_ST) of 0.029 eV and mirror‐image circularly polarized luminescence (CPL) activities with large g_lum values. Notably, CP‐OLEDs based on the enantiomers feature blue electroluminescence centered at 468 nm with external quantum efficiencies (EQEs) of 12.5 and 12.7 %, and also show intense CPEL with g_EL values of ?1.2×10^?2 and +1.4×10^?2, respectively. These are the first CP‐OLEDs based on TADF‐active enantiomers with efficient blue CPEL.     

基于L/D-赖氨酸盐酸盐和光活化AIE分子共组装实现圆偏振发光及动态调控

近年来, 基于分子组装产生圆偏振发光(CPL)的有机手性材料得到了迅猛的发展. 然而, 目前有机材料体系的CPL信号整体仍然较弱, 且缺乏精准的调控手段. 为此, 本工作以具有光活性的聚集诱导荧光增强(AIE)性质的多硫苯基化合物(M-1)为荧光染料, 以手性氨基酸L/D-赖氨酸盐酸盐(L/D-Lys)为手性模板, 通过分子间氢键作用, 在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/H₂O的混合溶剂中形成超分子L/D-Lys@M-1共组装体. 共组装体在不良溶剂水的溶剂作用下诱导产生CPL, 且在紫外光激发下具有自聚集效应, 产生持续增强的荧光发射和圆二色(CD)信号. 通过荧光光谱、紫外吸收光谱和动态光散射(DLS)对组装体在光激发下的结构和光物理性质进行表征, 利用CD光谱以及CPL光谱等对基态和激发态手性性质进行研究. 结果表明, 在溶剂诱导和光激发下实现了L/D-Lys@M-1组装体的手性传递和放大, 且不对称因子(|g_lum|)达到了0.3×10^-2. 该研究策略为非手性的荧光分子构建CPL体系及动态调控提供了策略.     

Crystallization‐Driven Asymmetric Helical Assembly of Conjugated Block Copolymers and the Aggregation Induced White‐light Emission and Circularly Polarized Luminescence

Controlling the self‐assembly morphology of π‐conjugated block copolymer is of great interesting. Herein, amphiphilic poly(3‐hexylthiophene)‐block‐poly(phenyl isocyanide)s (P3HT‐b‐PPI) copolymers composed of π‐conjugated P3HT and optically active helical PPI segments were readily prepared. Taking advantage of the crystallizable nature of P3HT and the chirality of the helical PPI segment, crystallization‐driven asymmetric self‐assembly (CDASA) of the block copolymers lead to the formation of single‐handed helical nanofibers with controlled length, narrow dispersity, and well‐defined helicity. During the self‐assembly process, the chirality of helical PPI was transferred to the supramolecular assemblies, giving the helical assemblies large optical activity. The single‐handed helical assemblies of the block copolymers exhibited interesting white‐light emission and circularly polarized luminescence (CPL). The handedness and dissymmetric factor of the induced CPL can be finely tuned through the variation on the helicity and length of the helical nanofibers.     

Crystallization-Driven Asymmetric Helical Assembly of Conjugated Block Copolymers and the Aggregation Induced White-light Emission and Circularly Polarized Luminescence

Controlling the self-assembly morphology of π-conjugated block copolymer is of great interesting. Herein, amphiphilic poly(3-hexylthiophene)-block-poly(phenyl isocyanide)s (P3HT-b-PPI) copolymers composed of π-conjugated P3HT and optically active helical PPI segments were readily prepared. Taking advantage of the crystallizable nature of P3HT and the chirality of the helical PPI segment, crystallization-driven asymmetric self-assembly (CDASA) of the block copolymers lead to the formation of single-handed helical nanofibers with controlled length, narrow dispersity, and well-defined helicity. During the self-assembly process, the chirality of helical PPI was transferred to the supramolecular assemblies, giving the helical assemblies large optical activity. The single-handed helical assemblies of the block copolymers exhibited interesting white-light emission and circularly polarized luminescence (CPL). The handedness and dissymmetric factor of the induced CPL can be finely tuned through the variation on the helicity and length of the helical nanofibers.