陕西师范大学

房喻/彭浩南/彭灵雅团队

[Nat.Commun.]

通过对称性破缺实现单组分多色发光

PART.01研究背景

传统的有机荧光材料（OFMs）通常具有固定的发射光谱，这限制了它们在多功能应用中的适应性。相比之下，激发依赖型（Ex-de）发光材料可以通过调整激发波长实现动态和可逆的多色发射，显著扩展了其在防伪、加密和解密等领域的功能范围。然而，开发Ex-de材料面临着诸多挑战，传统方法通常依赖于多发光体的共结晶或共聚，这些方法往往存在色彩老化、相分离和材料稳定性降低等问题。

PART.02研究内容

近日，陕西师范大学房喻、彭浩南、彭灵雅团队在NatureCommunications期刊上发表了题为“Single-component-basedmulticoloremissionsenabledbysymmetrybreaking”的论文。提出一种分子对称性破缺策略以丰富电子过程，使单个化学实体分子能够呈现激发依赖型多色发光。设计了一种星形分子1,3,5-（4-叔丁基苯基-邻碳硼烷-4-苯基）苯（Ph-3CP），其中空间限制导致三个庞大的非平面分支之间产生不等价性。这种不对称性使得该分子在溶液态、无定形态和晶态下，均展现出近175纳米的宽激发依赖型发光范围。通过不同溶剂结晶，成功捕获了Ph-3CP的不同不对称构象体，为理论计算预测的对称性破缺结构提供了直接实验证据。构效关系研究进一步揭示了两种不同的弛豫路径，它们主导着该分子体系的发光行为。利用这些特性，研究者们开发了一种单组分荧光传感器阵列，可实现对氯代烃蒸气的快速选择性识别。该研究为通过对称性调控激发态工程设计多功能发光材料提供了一种通用策略。

PART.03文章亮点

1.分子设计创新

设计了一种星形分子Ph-3CP，通过分子对称性破缺策略，实现了单一化学实体的激发依赖型多色发射，解决了传统方法中存在的问题。

2.实验与理论结合

通过实验和理论计算相结合的方法，揭示了Ph-3CP分子的结构-性能关系，发现了两种不同的激发态弛豫路径，这为理解其发射行为提供了深入的见解。

3.多色发射特性

Ph-3CP在溶液和固体状态下均展现出广泛的激发依赖型多色发射特性，无需依赖于晶体态的稳定化，这为开发新型光学材料提供了新的可能性。

4.传感器应用

利用Ph-3CP的激发依赖型荧光特性，构建了一种单组分荧光传感器阵列，能够快速且选择性地识别氯代烃类蒸汽，展示了其在实际应用中的潜力。

5.普适性策略

该研究不仅为设计具有多功能发光特性的材料提供了一种通用策略，而且通过精确控制激发态弛豫路径，为开发新型单组分多发射荧光材料铺平了道路。

PART.04结论与展望

该研究通过分子对称性破缺策略，成功设计并合成了一种星形分子Ph-3CP，实现了从单一化学实体中产生激发依赖型多色发射。这种分子在溶液、非晶态和晶体态中均展现出广泛的激发依赖型发射特性，为开发新型光学材料提供了新的思路。通过实验和理论计算相结合的方法，揭示了Ph-3CP分子的结构-性能关系，发现了两种不同的激发态弛豫路径，这为理解其发射行为提供了深入的见解。此外，基于Ph-3CP的特性，研究者们开发了一种单组分荧光传感器阵列，能够快速且选择性地识别氯代烃类蒸汽，展示了其在实际应用中的潜力。尽管如此，激发依赖型多色发射材料的开发仍面临诸多挑战。例如，分子对称性破缺的动态过程及其在不同环境条件下的稳定性尚需进一步研究。此外，尽管本研究在实验室规模取得了积极成果，但要实现大规模商业化应用，还需在材料的制备工艺、成本控制以及器件的性能优化等方面开展更多工作。未来的研究可以探索更多种类的分子设计，以拓展激发依赖型多色发射材料的应用范围，并进一步提高其性能。这将为下一代光学材料的发展提供更强大的技术支持，有望在智能显示、传感器和生物成像等领域实现更广泛的应用。