Angew. Chem. :具有优异发光性能的四苯乙烯(TPE)基HOFs材料

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高效双光子发光材料在泵浦激光、生物成像、高密度数据存储和防伪等领域具有潜在的应用,引起了人们的广泛关注。此前,中山大学潘梅教授课题组报道了多例基于金属-有机框架(MOFs)的结构,它们具有优异的双/多光子发光、压致变色、白光和长持续发光性能(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14379-14385; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3481-3485; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9752-9757; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202211356; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309172)。这些案例证明了MOFs框架在双光子发光增强中具有良好的表现,但也存在低双光子吸收截面(TPA)等问题,因此制备更高TPA截面、高稳定性、具有良好生物兼容性的双光子发光材料亟待探究。


作为晶态框架材料的成员之一,氢键有机框架(HOFs)由于其温和的合成条件、易于再生和修复、溶剂可加工性强的特点近年来得到快速发展。我们在双光子发光MOFs设计研究的基础上,对基于四苯乙烯(TPE)基HOFs的构筑及其双光子发光性能进行了构效关系的系统性研究,以总结TPA性能增长的本质来源,为优异双光子发光材料设计提供指导。



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图1. 四苯乙烯基氢键有机框架的双光子吸收性能优化策略示意图

这项工作的亮点包括:


1. 首次将低对称性双基团TPE基构筑单元组装氢键有机框架,作为优化TPA性能的出色平台,实现了超高的双光子吸收截面,达148959.5 GM,在双光子细胞成像应用中表现出良好性能。


2. 采用四个关键协同作用策略:(I)引入具有聚集诱导发光(AIE)特性的四苯乙烯基团作为中心核心单元,(II)通过扩展构建块取代基侧链来优化π共轭长度,(III)尝试含有烯键的更为柔性基团,以及(IV)应用晶体工程实现构筑块的密集堆叠模式和高度扭曲构象,从而实现HOF体系中的优化的出色单/双光子荧光性质。

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图2. HOF-LIFM-8和HOF-LIFM-7的晶体结构示意图

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图3. HOFs材料的双光子激发荧光和双光子吸收截面及理论计算

希望本工作总结的规律能够启发高效单/双光子发光HOF材料的进一步设计和合成,并促进其在成像、传感、照明等相关领域的应用。

文信息

Tetraphenylethylene-Based Hydrogen-Bonded Organic Frameworks (HOFs) with Brilliant Fluorescence

Dr. Shi-Cheng Wang, Dr. Qiang-Sheng Zhang, Dr. Zheng Wang, Shao-Qi Guan, Xiao-Dong Zhang, Dr. Xiao-Hong Xiong, Prof. Mei Pan


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202315382

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