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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜平武教授課題組《德國應(yīng)用化學(xué)》:螺旋手性碳納米管片段——分子尺度圓柱面手性增強(qiáng)圓偏振發(fā)光研究取得新進(jìn)展

來源:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)      2019-11-18
導(dǎo)讀:11月11日, 國際著名學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》以“Selective Synthesis of Conjugated Chiral Macrocycles as Sidewall Segments of (-)/(+)-(12,4) Carbon Nanotube with Strong Circularly Polarized Luminescence”為題在線報道了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜平武教授課題組關(guān)于合成螺旋手性(-)/(+)-(12,4)碳納米管片段及其強(qiáng)圓偏振發(fā)光性質(zhì)的最新研究成果(Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI:10.1002/anie.201909401)。

由于其突出的機(jī)械、電學(xué)以及光學(xué)性質(zhì)碳納米管材料在納米科技和電子學(xué)領(lǐng)域中扮演著非常重要的角色。然而,傳統(tǒng)的制備方法難以控制碳納米管的生長,只能得到金屬納米管和半導(dǎo)體納米管的隨機(jī)混合物。從精確結(jié)構(gòu)控制的角度考慮,利用有機(jī)化學(xué)自下而上的合成方法是制備高純度碳納米管的理想策略之一。管狀非平面共軛大環(huán)化合物因其大的π體系、確定的尺寸和形狀而受到越來越多的關(guān)注。由于不存在鏈端效應(yīng)且具有高的對稱性和應(yīng)變能,π共軛大環(huán)化合物表現(xiàn)出卓越的光電學(xué)性能,在有機(jī)光電領(lǐng)域的應(yīng)用方面顯示出巨大的潛力。特別是具有大的不對稱因子和高PL量子產(chǎn)率的手性共軛大環(huán)化合物是手性光學(xué)應(yīng)用的理想選擇。迄今為止,合成具有特定尺寸和直徑的全π共軛手性納米管片段仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

杜平武教授課題組基于前期在碳納米管新結(jié)構(gòu)合成和光物理性質(zhì)方面的系列工作,巧妙地利用蒽作為多環(huán)芳烴構(gòu)筑單元,首次合成報道了螺旋(-)/(+)-(12,4)手性碳納米管片段[4]cyclo-2,6-anthracene ([4]CAn2,6) (圖1a),并通過掃描隧道顯微鏡觀察到該分子的形貌(圖1b)。隨后通過紫外可見、熒光、NMR, 圓二色性(CD)和圓偏振發(fā)光(CPL)光譜(圖1c-1f),結(jié)合理論計算研究了其光物理性質(zhì),與平面蒽單體相比,該手性π共軛大環(huán)在吸收光譜和發(fā)射光譜中均顯示出顯著的紅移(> 100 nm)。值得注意的是,[4]CAn2,6顯示出極強(qiáng)的圓偏振發(fā)光(|glum|為0.1),比目前報道的最好的CPL活性材料提高了100倍以上 (目前已報道的大部分CPL活性材料具有非常小的|glum|,通常在10-210-4之間),這表明[4]CAn2,6作為CPL活性材料的巨大潛力。本文報道的結(jié)果實(shí)現(xiàn)了合成新型螺旋手性管狀共軛材料,并為設(shè)計制備高CPL活性材料和利用其做模板制備單一手性碳納米管提供了新思路。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)與工程系博士生王進(jìn)義和浙江工業(yè)大學(xué)莊桂林副教授為文章的共同第一作者。杜平武教授為論文的唯一通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和能源材料化學(xué)前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。

1. [4]CAn2,6手性碳納米大環(huán)的表征及其性質(zhì)研究。(a)嵌入在相應(yīng)碳納米管中的[4]CAn2,6大環(huán)及其手性指數(shù)、單體連接單鍵處的立體構(gòu)型、所屬分子點(diǎn)群; (b) 3D高分辨STM圖像;(c) CD光譜;(d) 2D (H, C)-HMBC NMR譜;(e) 紫外及熒光光譜;(f) CPL光譜。

 

附文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909401 .


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