中南大学胡云宾课题组AOM：强发光硫杂双螺烯的构建及分子设计策略

Wiley

2025-05-15

研究背景

硫杂螺烯是一类具有螺旋结构的稠环芳烃分子，因独特的圆二色性和潜在的手性光电应用（如圆偏振发光二极管、信息加密等）备受关注。然而，传统硫杂螺烯因硫原子引发的自旋轨道耦合效应，导致荧光量子产率极低（通常<5%），严重限制了对其圆偏振发光（CPL）性质的探索。尽管近年来通过设计双螺烯或多螺烯结构提升了荧光强度，但其CPL亮度仍难以满足实际需求。如何突破硫杂螺烯的荧光瓶颈，同时增强其CPL性能，成为该领域的关键挑战。

文章概述

近日，中南大学化学化工学院胡云宾课题组提出了一种通过高发光六苯并苝核与硫杂螺烯单元稠合的策略，成功合成了两种新型硫杂双螺烯。这类分子不仅实现了硫杂螺烯迄今最高的荧光量子产率，其圆偏振发光亮度更提升至84.9 M⁻¹cm⁻¹，为高效手性发光材料的设计提供了新思路。

研究要点

研究人员依次通过Suzuki偶联反应和Scholl反应成功构建了两种以六苯并苝为核心单元的硫杂双螺烯异构体。其中DTH1具有对称的硫杂双[7]螺烯结构，而DTH2则由硫杂[7]和硫杂[9]螺烯单元组成。光学测试表明，DTH1和DTH2在二氯甲烷溶液中表现出强黄色荧光，其荧光量子产率分别达到了83%和91%。理论计算揭示，其发光主要源于六苯并苝核主导的电子跃迁。硫杂螺烯单元的引入未显著干扰前线轨道分布，从而保留了六苯并苝的高发光特性。此外，磁偶极矩的增强使DTH1和DTH2的CPL不对称因子较母体六苯并苝提升四倍，最终实现CPL亮度的突破。

结论及展望

该工作通过“高发光核+硫杂螺烯”的分子设计策略，首次将硫杂螺烯的荧光量子产率提升至90%以上，并显著增强了CPL性能。未来，通过调控手性自组装或优化分子堆积模式，有望进一步放大CPL不对称因子。此类材料在手性光电器件、生物传感等领域的应用前景广阔，为开发高效手性发光材料提供了重要参考。

期刊简介

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。