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手性选择能量转移和磷光增强现象揭示

来源:科技日报 吴长锋 访问:465 时间:2023-03-28

  记者3月26日从中国科学技术大学获悉,该校合肥微尺度物质科学国家研究中心张国庆教授团队通过构建全手性的掺杂室温磷光体系,发现并命名手性选择室温磷光增强(CPE)这一普适性现象,揭示了分子间能量转移存在手性依赖特征。该发现深化了对手性分子体系中基于电子交换机理的三线态—三线态能量转移的理解,并为高效的手性识别提供了新的光谱学思路。该研究成果日前发表在《自然·通讯》上。

  有机分子磷光即分子三线态激发态到单线态基态的辐射跃迁。在电致激发过程,根据自旋计算三线态激子约是单线态激子数量的3倍,因此对三线态的充分利用可以显著提高光电器件效率。这些优势使得有机室温磷光(RTP)在生物成像、信息存储、数据加密、防伪、传感和光电显示等众多领域应用潜力巨大。然而,目前对于RTP的产生机理和光物理过程缺乏深刻理解且充满争议,尤其是复杂、可能存在多相的固态主客体掺杂体系,其光物理过程仍然是一个重大挑战。

  在之前研究基础上,研究人员设计了碳手性中心的苯酰亚胺主体和萘酰亚胺客体,合成两个主体分子和两个客体分子,通过低浓度的客体掺杂于主体构建了全手性的RTP体系。由此观察到了手性选择室温磷光增强现象:当主客体为相同手性时,相比于手性不同的样品室温磷光会显著增强;在客体仅有十万分之一的掺杂浓度下,RTP强度差异可达两个数量级。为了进一步验证CPE现象的普适性和应用潜能,把具有重要生物功能的氨基醇引入体系,同样观测到了显著的CPE,证实该现象可用于氨基醇的高效手性识别。

  这项研究在实验上揭示了“用左手把能量传递给左手”的效率要远高于“用左手把能量传给右手,或者用右手传给左手”这种分子尺度下的奇特现象,加深了对室温磷光机制及电子交换、能量转移过程的理解,并为室温磷光应用和手性识别提供了思路。

(原载于《科技日报》 2023-03-28 第02版 综合)

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