【材料】Angew：适应性螺旋手性有机超分子微晶实现圆偏振激光- 大数跨境

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2024-07-12

导读：中国科学院化学研究所赵永生课题组和董海云课题组合作开发了一种手性超分子相互作用策略，在有机微晶中获得了适应性螺旋手性，进而实现了高不对称因子的圆偏振激光出射。

圆偏振激光兼具高的发光强度和大的不对称因子，在不对称合成、手性传感、显示和量子光通信等领域具有重要应用前景。手性有机分子为本征圆偏振激光器件的研发提供了一个优异的平台。然而，大多数手性有机分子的手性和发光单元存在空间上的分离，表现出弱的手性光学活性，严重制约有机圆偏振激光器件的发展。具有充分重叠手性和发光中心的有机分子设计对于实现高性能圆偏振激光至关重要。

近日，中国科学院化学研究所赵永生课题组和董海云课题组合作开发了一种手性超分子相互作用策略，在有机微晶中获得了适应性螺旋手性，进而实现了高不对称因子的圆偏振激光出射。具有螺旋手性的四苯乙烯衍生物具有完全重叠的手性和发光中心，有望实现高性能的圆偏振激光。然而，四苯乙烯衍生物的无势垒内消旋过程严重阻碍了圆偏振激光的实现。该工作在内消旋的四苯乙烯衍生物的主体框架结构中引入手性小分子客体，利用主客体相互作用诱导出净螺旋手性光学活性，实现了高不对称因子的有机圆偏振激光。

作者选择了一种兼具螺旋手性和光学增益的四苯乙烯衍生物TPBE作为模型化合物，通过引入手性樟脑酸分子（Cam）与TPBE分子的手性P和M构象进行差异化的分子间相互作用，以实现净的手性光学活性，为实现有机圆偏振激光提供了可能（图1）。

通过液相分子自组装的方法制备了高质量的TPBE微晶，进一步利用分子扩散的方法将手性Cam引入到了主体TPBE的框架结构中（图2）。手性Cam分子的引入诱导了TPBE分子构象的变化，有望产生优异的手性光学活性。

手性Cam掺杂的TPBE（Cam@TPBE）微晶展现出优异的适应性手性光学活性（图3）。一对Cam对映体（L-Cam和D-cam）可以诱导出镜像对称的圆二色（CD）光谱和圆偏振发光（CPL）光谱，并且Cam@TPBE微晶的手性光学活性随Cam浓度增加。

最终，得益于手性超分子微晶的适应性螺旋手性与优异受激辐射性能的有效耦合，L-Cam和D-Cam掺杂的TPBE微晶实现了相反手性的圆偏振激光出射，其不对称系数高达~ 0.7（图4）。

总的来说，该工作证明了光学增益中心与手性活性中心充分重叠对于获得高不对称因子圆偏振激光重要，对于面向高性能圆偏振激光器件的手性有机分子材料设计具有重要指导意义。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是中科院化学研究所的卢淼森硕士和李鹏昊博士，文章的通讯作者是董海云研究员和赵永生研究员。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Adaptive Helical Chirality in Supramolecular Microcrystals for Circularly Polarized Lasing

Miaosen Lu, Penghao Li, Xinyu Dong, Zhengjun Jiang, Shizhe Ren, Jiannian Yao, Haiyun Dong, Yong Sheng Zhao

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202408619

研究团队简介

赵永生，中国科学院化学研究所研究员、课题组组长，博士生导师。国家杰出青年基金获得者，国家万人计划领军人才，先后获国家自然科学二等奖（第二完成人）、科学探索奖、何梁何利奖、北京市杰出青年中关村奖、中国青年科技奖、中国化学会-赢创化学奖、Asian and Oceanian Photochemistry Association Prize for Young Scientist、RSC ChemComm Emerging Investigator Lectureship等。长期从事有机光子学材料与器件领域的研究，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., CCS Chemistry, SCIENCE CHINA Chemistry等期刊发表论文260余篇，引用14000余次。申请/授权国内外发明专利40余项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/148550

董海云，中国科学院化学研究所研究员、课题组组长，博士生导师，国家高层次青年人才。主要从事有机光功能材料方面的研究，在Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等学术刊物上发表论文50余篇。

https://www.x-mol.com/university/faculty/370224

更多内容可以参考课题组主页：

赵永生

http://yszhao.iccas.ac.cn

董海云

http://donghaiyun.iccas.ac.cn