手性是自然界普遍且有趣的特征之一。手性發(fā)光材料在激發(fā)態(tài)下可以發(fā)出左旋圓偏振光或右旋圓偏振光，有望應用于光學傳感、3D顯示、光學顯微鏡、數(shù)據(jù)儲存、自旋光電子器件和激光等領(lǐng)域。相對于可見光波段，近紅外光具備更深的組織穿透深度、更高的分辨率和更低的光源成本，在生物成像、探測、加密通信等領(lǐng)域比可見光更具優(yōu)勢。

近年來，具有圓偏振發(fā)光性能的分子材料受到了廣泛的關(guān)注，大部分研究都集中在可見光區(qū)，而具有近紅外圓偏振發(fā)光的分子材料卻鮮有報道，且多為金屬配合物。金屬配合物通常具有較低摩爾吸光度和量子效率，且由于其典型的d-d或f-f躍遷，其激發(fā)波長一般在紫外可見光區(qū)，無法實現(xiàn)吸收和發(fā)射都在近紅外區(qū)。因此，設(shè)計合成具有優(yōu)異近紅外圓偏振發(fā)光性能的分子材料是目前的一大難點與挑戰(zhàn)。

針對上述難題，杭州師范大學盧華教授和南開大學王小野研究員課題組利用限域配體腔形成硼氧鍵，通過在meso-位碳取代氮原子、引入吸電子取代基和擴展共軛等多種電子調(diào)控手段，利用二亞氨基-β-異靛藍與鄰含氮芳基乙腈縮合反應，設(shè)計合成了一系列螺烯型β-異靛藍骨架的BODIPY類似物(β-IBs)。該合成方法步驟短、產(chǎn)率高、起始原料為鄰苯二腈（功能分子酞菁的前驅(qū)體），因此，此方法為構(gòu)建近紅外螺烯類化合物提供了新策略。該類化合物最大吸收峰紅移至 800 nm，并產(chǎn)生顯著的Cotton效應(127.8 M^-1cm^-1)和吸收不對稱因子(|g_abs| = 3.5×10^-3)（圖1），這是目前文獻所報道的分子層面在近紅外區(qū)域內(nèi)最大值。此外，這類分子在近紅外區(qū)域顯示出光譜可調(diào)的圓偏振發(fā)光，隨著共軛的拓展，最大發(fā)射峰紅移至836 nm，發(fā)光不對稱因子(g_lum)和圓偏振發(fā)光亮度(B_CPL)分別為 1.24×10^-3 和 1.78 M^-1 cm^-1，首次實現(xiàn)了螺烯型化合物的圓偏振發(fā)光超過800 nm。理論計算顯示，π共軛擴展明顯增強了磁躍遷偶極距|m|而對電躍遷偶極距|μ|影響較小，根據(jù)公式g = 4cosθ|m|/|μ|，其|g_abs|顯著增強。上述近紅外手性特性凸顯了基于 β-isoindigo骨架構(gòu)建手性生物成像和光電材料的潛在應用價值。

以上研究論文以“Helicene-type β-isoindigo-based BODIPY Analogs with Strong Near-Infrared Chiroptical Activity”為題發(fā)表于 Aggregate 期刊，論文第一作者為杭州師范大學碩士生陳紫薇和倪志剛博士，通訊作者為南開大學王小野研究員和杭州師范大學盧華教授。