前沿 | 杭师大卢华/南开王小野：具有优异近红外手性光学性质的螺烯型β-异靛蓝基分子材料

手性是自然界普遍且有趣的特征之一。手性发光材料在激发态下可以发出左旋圆偏振光或右旋圆偏振光，有望应用于光学传感、3D显示、光学显微镜、数据储存、自旋光电子器件和激光等领域。相对于可见光波段，近红外光具备更深的组织穿透深度、更高的分辨率和更低的光源成本，在生物成像、探测、加密通信等领域比可见光更具优势。

近年来，具有圆偏振发光性能的分子材料受到了广泛的关注，大部分研究都集中在可见光区，而具有近红外圆偏振发光的分子材料却鲜有报道，且多为金属配合物。金属配合物通常具有较低摩尔吸光度和量子效率，且由于其典型的d-d或f-f跃迁，其激发波长一般在紫外可见光区，无法实现吸收和发射都在近红外区。因此，设计合成具有优异近红外圆偏振发光性能的分子材料是目前的一大难点与挑战。

针对上述难题，杭州师范大学卢华教授和南开大学王小野研究员课题组利用限域配体腔形成硼氧键，通过在meso-位碳取代氮原子、引入吸电子取代基和扩展共轭等多种电子调控手段，利用二亚氨基-β-异靛蓝与邻含氮芳基乙腈缩合反应，设计合成了一系列螺烯型β-异靛蓝骨架的BODIPY类似物(β-IBs)。该合成方法步骤短、产率高、起始原料为邻苯二腈（功能分子酞菁的前驱体），因此，此方法为构建近红外螺烯类化合物提供了新策略。该类化合物最大吸收峰红移至 800 nm，并产生显著的Cotton效应(127.8 M^-1cm^-1)和吸收不对称因子(|g_abs| = 3.5×10^-3)（图1），这是目前文献所报道的分子层面在近红外区域内最大值。此外，这类分子在近红外区域显示出光谱可调的圆偏振发光，随着共轭的拓展，最大发射峰红移至836 nm，发光不对称因子(g_lum)和圆偏振发光亮度(B_CPL)分别为 1.24×10^-3 和 1.78 M^-1 cm^-1，首次实现了螺烯型化合物的圆偏振发光超过800 nm。理论计算显示，π共轭扩展明显增强了磁跃迁偶极距|m|而对电跃迁偶极距|μ|影响较小，根据公式g = 4cosθ|m|/|μ|，其|g_abs|显著增强。上述近红外手性特性凸显了基于 β-isoindigo骨架构建手性生物成像和光电材料的潜在应用价值。

以上研究论文以“Helicene-type β-isoindigo-based BODIPY Analogs with Strong Near-Infrared Chiroptical Activity”为题发表于 Aggregate 期刊，论文第一作者为杭州师范大学硕士生陈紫薇和倪志刚博士，通讯作者为南开大学王小野研究员和杭州师范大学卢华教授。