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Chem. Eur. J. :结构调控策略构建ACQ到AIE转化的高效红光荧光分子

基于π-共轭结构单元的有机荧光分子在生物成像、传感、荧光探针、光电器件等方面拥有巨大的应用潜力。然而,平面π-共轭结构通常会诱导分子在聚集过程中形成紧密的分子间相互作用,材料表现出聚集诱导荧光淬灭效应(ACQ),即在稀溶液中发光较强,在固体状态下发光效率减弱甚至不发光,这一性质极大地限制了此类材料的应用。因此,通过分子设计,提升聚集状态下有机分子的发光效率,赋予材料与ACQ现象截然相反的聚集诱导发光特性(AIE:材料在固体状态下发光较强,在溶液状态下发光效率减弱甚至不发光),成为本领域的研究热点。香港城市大学的张其春教授和徐州工程学院的孙华博士通过巧妙的分子设计,结合现代合成方法学,成功构筑了红色荧光染料FITPA和FIMPA,实现了从ACQ到AIE的精准调控。



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图1.化合物的结构式(a)和理论计算结果(b)

为了实现分子的高效发光,张其春教授等提出通过V-型的分子构型增强分子内跃迁偶极矩的策略。理论计算表明,相比于线-型的分子,V-型的荧光分子拥有更大的跃迁偶极矩和振子强度。为了实现高效的聚集态发光,张教授等将甲氧基引入FITPA结构的末端得到FIMPA分子。这一细微的改变,实现了在复杂的π-共轭分子体系中发光性质从ACQ到AIE的精准调控。理论计算和力致荧光特性研究表明,甲氧基的引入可以有效调控分子的堆积方式和分子间的相互作用,进而赋予分子不同的发光行为。这一发现为后期进一步开发高效率红外光区有机荧光分子提供了一定的理论依据。进一步的研究表明,得益于聚集状态下FIMPA在深红-近红外光区的高荧光量子产率,材料表现出良好的细胞成像效果,有望在生物诊断和治疗等领域得到更进一步的应用。

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图2.分子的发光特性调控和细胞成像应用

文信息

Structural Engineering of Red Luminogens to Realize High Emission Efficiency through ACQ-to-AIE Transformation

Dr. Hua Sun, Dr. Tengfei He, Chuchen Zhang, Prof. Shifan Wang, Prof. Liming Dong, Prof. Zhao Li, Prof. Pei-Yang Gu, Dr. Zhe Wang, Prof. Guankui Long, Prof. Qichun Zhang


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202300029




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