圆偏振发光材料在光学器件、生物检测、三维成像与信息加密等领域具有重要应用价值,镧系离子具备磁偶极允许而电偶极禁阻的跃迁特性,是构建高性能圆偏振发光材料的理想单元,发光不对称因子与磁电偶极矩直接相关,通过超分子组装调控镧系配合物的磁电偶极取向与大小以提升圆偏振发光性能成为研究热点,但精准构筑组装结构并建立清晰的结构 - 偶极 - 性能关联仍面临挑战。
郑州大学臧双全/冯鹏飞团队通过盐桥氢键组装实现手性铕配合物磁电偶极矩的精准调控,大幅提升圆偏振发光的量子产率与不对称因子,建立清晰的构效关系,为镧系圆偏振发光材料的高效设计提供全新方法。相关成果发表于《Angewandte Chemie International Edition》( IF 17,新锐期刊分区:1区 Top)。
研究团队以 D/L-精氨酸、双 β-二酮配体与硝酸铕为原料,合成手性双核铕配合物 D/L-Eu₂,该配合物在低浓度溶液中以单体形式存在,在结晶条件下通过盐桥氢键自组装形成手性超结构,单晶结构显示每个双核单元与另外四个单元通过盐桥氢键连接,精氨酸的羧基与胍基首尾相连形成螺旋特征(图 1)。激发发射光谱显示,组装体与单体均呈现铕离子的特征发射峰,最强发射峰位于 611 nm,对应⁵D₀→⁷F₂跃迁,组装后最佳激发波长从 326 nm 红移至 367 nm(图 2a、图 2b),激发态轨道计算表明单体与组装体存在明显差异(图 2c、图 2d)。
荧光量子产率从单体的 27% 提升至组装体的 42%,荧光寿命从 0.507 ms 延长至 0.532 ms,盐桥氢键限制分子内运动,抑制非辐射跃迁,产生聚集诱导发光效应(图 2e、图 2f)。圆二色谱测试表明,精氨酸的手性通过分子内氢键诱导配体产生轴手性,组装后吸收不对称因子从 5.84×10⁻⁴提升至 1.63×10⁻³,配体二面角从 31.106° 增大至 38.219°,超分子螺旋结构产生手性放大效应(图 3a-3f)。
圆偏振发光测试显示,组装体的最大 | gₗᵤₘ| 值达到 0.106 与 0.0857,较单体提升约 10 倍,理论计算表明组装使电偶极矩与磁偶极矩的数值趋于接近,二者夹角改变,共同提升不对称因子,同时铕离子配位环境的镜像对称性降低(图 4a-4c)。
该工作通过盐桥氢键实现手性铕配合物的精准超分子组装,系统调控镧系中心的磁电偶极矩大小与空间取向,使荧光量子产率提升 1.56 倍,发光不对称因子提升 10 倍,成功建立组装结构、磁电偶极行为与圆偏振发光性能之间的构效关系,为设计高性能镧系圆偏振发光材料提供了普适性策略与理论基础。

G.-H.Wang, T.Zhao, H.-YiYu, et al. Angewandte Chemie International Edition. (2026): e6197615, https://doi.org/10.1002/anie.6197615
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