華東理工大學在“振動誘導發光(VIE)”機制研究取得新進展
2017-02-13 來源：華東理工大學
近日，《美國化學會志》（JACS）發表了華東理工大學田禾院士團隊和臺灣大學周必泰教授課題組合作的研究成果“Snapshotting the Excited-State Planarization of Chemically-LockedN,N′-Disubstituted-dihydrodibenzo[a,c]phenazines”(JACS, http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/jacs.6b11789)。
“振動誘導發光（Vibration Induced Emission, VIE）”是一種有機共軛分子發光的新機制，它由田禾院士團隊在研究二氫二苯并吩嗪類分子獨特的發光現象時提出的。目前，該研究團隊在這一全新的研究方向上已取得了系列重要進展：首先，通過二氫二苯并吩嗪類分子合理的剛性化設計實現了單一分子寬光譜的發光調控，并提出了VIE的發光機制(Chem. Commun., 2015, 51,4462)。此后，該團隊與臺灣大學周必泰教授合作，通過極性、粘度及溫度相關的穩態和超快分辨光譜以及飛秒超快光譜研究，結合反應勢能面計算模擬，驗證了VIE理論(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8509)；成功利用VIE理論設計并合成了基于二氫二苯并吩嗪的汞離子比率型熒光探針(Small, 2016, 12, 6542)；通過VIE理論，利用水溶性的二氫二苯并吩嗪分子成功實現了淀粉b纖維的檢測，為阿茲海默癥的檢測和治療提供了可行的方法(Faraday Discuss., DOI: 10.1039/C6FD00156D)。此外，該團隊還系統地研究了二氫二苯并吩嗪的合成機理(Chem. Commun., 2016, 52, 5459)。
為了進一步豐富并拓展VIE理論，田禾院士團隊創新性地利用化學合成手段將二氫二苯并吩嗪類化合物進行分子內環化，以此限制它們激發態的結構振動，從而實現對該類分子激發態的平面化過程的控制（如下圖所示）。由于環化時引入的烷基鏈長度不同，對分子平面化振動產生的阻力也不同，即烷基鏈越短，分子內形成的環便越小，分子內振動受到的阻力也越大，分子平面化的幾率降低，發射波長藍移。通過合成8種具有不同烷基鏈長度的環狀分子，該團隊成功地將分子發光由藍色調控至紅色，幾乎涵蓋了整個可見光波段。為詳細闡明該分子的發光過程，該團隊繼續與臺灣大學周必泰教授合作，通過超快光譜以及理論計算，再一次證明了VIE的發光機制。此外，他們還利用脂肪酶水解成功將環狀物的鏈打開，解除了分子激發態平面化振動的阻力，使其重新發出紅光，顯示了該類化合物極大的應用潛力。
該工作主要由華東理工大學博士研究生陳薇、臺灣大學博士研究生陳其霖、臺灣大學博士后張志云等共同完成，并得到了田禾院士領銜的“973”研究計劃、國家自然科學基金等項目的資助。
“振動誘導發光（Vibration Induced Emission, VIE）”是一種有機共軛分子發光的新機制，它由田禾院士團隊在研究二氫二苯并吩嗪類分子獨特的發光現象時提出的。目前，該研究團隊在這一全新的研究方向上已取得了系列重要進展：首先，通過二氫二苯并吩嗪類分子合理的剛性化設計實現了單一分子寬光譜的發光調控，并提出了VIE的發光機制(Chem. Commun., 2015, 51,4462)。此后，該團隊與臺灣大學周必泰教授合作，通過極性、粘度及溫度相關的穩態和超快分辨光譜以及飛秒超快光譜研究，結合反應勢能面計算模擬，驗證了VIE理論(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8509)；成功利用VIE理論設計并合成了基于二氫二苯并吩嗪的汞離子比率型熒光探針(Small, 2016, 12, 6542)；通過VIE理論，利用水溶性的二氫二苯并吩嗪分子成功實現了淀粉b纖維的檢測，為阿茲海默癥的檢測和治療提供了可行的方法(Faraday Discuss., DOI: 10.1039/C6FD00156D)。此外，該團隊還系統地研究了二氫二苯并吩嗪的合成機理(Chem. Commun., 2016, 52, 5459)。
為了進一步豐富并拓展VIE理論，田禾院士團隊創新性地利用化學合成手段將二氫二苯并吩嗪類化合物進行分子內環化，以此限制它們激發態的結構振動，從而實現對該類分子激發態的平面化過程的控制（如下圖所示）。由于環化時引入的烷基鏈長度不同，對分子平面化振動產生的阻力也不同，即烷基鏈越短，分子內形成的環便越小，分子內振動受到的阻力也越大，分子平面化的幾率降低，發射波長藍移。通過合成8種具有不同烷基鏈長度的環狀分子，該團隊成功地將分子發光由藍色調控至紅色，幾乎涵蓋了整個可見光波段。為詳細闡明該分子的發光過程，該團隊繼續與臺灣大學周必泰教授合作，通過超快光譜以及理論計算，再一次證明了VIE的發光機制。此外，他們還利用脂肪酶水解成功將環狀物的鏈打開，解除了分子激發態平面化振動的阻力，使其重新發出紅光，顯示了該類化合物極大的應用潛力。
該工作主要由華東理工大學博士研究生陳薇、臺灣大學博士研究生陳其霖、臺灣大學博士后張志云等共同完成，并得到了田禾院士領銜的“973”研究計劃、國家自然科學基金等項目的資助。
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（責任編輯：xu）
