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圆偏振激光因其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。手性有机分子为开发本征圆偏振激光提供了一个理想的平台。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。具有光学增益的螺旋手性分子骨架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。 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。 作者选择了一种兼具螺旋手性和光学增益的四苯基乙烯衍生物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自适应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,我们的工作证明了增益中心与手性活性中心充分重叠对于获得高的手性光学活性至关重要,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。 论文信息 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 文章的第一作者是中国科学院化学研究所的卢淼森硕士和李鹏昊博士。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202408619
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