利用AEE性质的共轭柱芳烃聚合物超分子网络构建超高天线效应的人工光捕获体系 发布者:许国民   发布时间:2020-06-18   浏览次数:200

华南理工大学化学与化工学院生物有机与功能材料团队的曹德榕教授、唐浩教授与香港科技大学唐本忠院士团队合作,在利用AEE性质的共轭柱芳烃聚合物超分子网络构建超高天线效应的人工光捕获体系方面取得了初步进展,其阶段性成果整理为论文“A Conjugated Polymeric Supramolecular Network with Aggregation‐Induced Emission Enhancement: An Efficient Light‐Harvesting System with an Ultrahigh Antenna Effect”,近日在德国应用化学(Angew. Chem. Int. Ed.,2020,59, 9908 - 9913)以亮点文章的形式发表。第一作者为华南理工大学许林贤博士。

为了寻求新型清洁能源、更好地理解自然界光合作用的功能和机制,越来越多的科研团队致力于构建人工光捕获体系。其中,由主客体自组装形成的超分子体系由于其制备简单、易于调控等优势得到广泛的关注。


共轭柱芳烃聚合物主体CPH、客体GY、GR、GB的结构式以及CPSN光捕获体系的卡通示意图

共轭柱芳烃聚合物主体CPH、客体GY、GR、GB的结构式以及CPSN光捕获体系的卡通示意图


该工作首次利用具有聚集诱导荧光增强(AEE)性质的共轭聚合物超分子网络(Conjugated Polymeric Supramolecular NetworkCPSN构建了具有超高天线效应的新型人工光捕获体系。在溶液态和固态薄膜状态下,该体系的天线效应分别高达35.990.4,为目前报道的人工光捕获体系天线效应的最高值。CPSN由具有AEE性质的柱[5]芳烃的共轭聚合物主体(CPH)和具有共轭结构的双位点客体(Gs)自组装而成。其中CPH为能量的供体,Gs为能量的受体。由于CPSN内的非共价相互作用,一个双结合位点客体分子可以与两个含有柱[5]芳烃的主体聚合物重复单元相结合,从而被束缚在两个刚性聚合物主体链之间,由此实现客体间的彼此分离,避免ACQ效应的影响;同时,CPH聚合物链由于主-客体相互作用而发生聚集,表现出AEE特性;并且CPH拥有共轭聚合物特有的“分子导线”功能和“信号放大”效应。由于对ACQ的抑制作用、AEE效应和“分子导线”效应三者的协同作用,CPSN表现出超高的天线效应。这为构建高效的人工光捕获体系提供了一种全新的策略。

他们在研究中还发现,不仅聚合物主体CPHAEE现象,在不良溶剂中CPSN同样也表现出以受体(客体)发射增强的AEE现象。这也为制备发射波长可调的AEE材料提供了一种新的策略。而且,通过调节CPSN中各组分的种类与供体/受体配比,就可以实现广色域的荧光调控。其发光色域的面积可以达到96sRGB色域面积,其中包括纯白光发射(CIE坐标:0.33,0.33),表现出优异的色彩可调性(图2)。

A. CIE色坐标图:黑色三角形区域是sRGB色域,灰色四边形区域是CPSN的色域。B. CPSN的荧光照片的实例,包括纯白色光发射(0.33, 0.33)

A. CIE色坐标图:黑色三角形区域是sRGB色域,灰色四边形区域是CPSN的色域。B. CPSN的荧光照片的实例,包括纯白色光发射(0.33, 0.33)


相关结果发表于Angew. Chem. Int. Ed.,2020,59, 9908 - 9913DOI: 10.1002/anie.201907678

该论文作者为:Linxian Xu, Zaiyu Wang, Rongrong Wang, Lingyun Wang, Xuewen He, Huanfeng Jiang, Hao Tang*, Derong Cao*, Ben Zhong Tang*

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(图/文 许林贤 化学与化工学院)