我所实现金属卤化物双色可调的圆偏振发光

近日,我所化学动力学研究室光电材料动力学研究组(1121组)吴凯丰研究员与程鹏飞副研究员团队在金属卤化物发光动力学研究方面取得新进展,揭示了不对称氢键网络对金属卤化物手性光学性质的调控作用,在有机—无机杂化锰卤化物中实现了绿—红双色可调的圆偏振发光。

手性金属卤化物因其独特的手性及自旋相关特性而受到关注。目前报道的大多数体系仍依赖于手性有机阳离子,其种类有限,限制了材料组成、结构与功能的灵活性。除阳离子诱导手性外,金属卤化物还可通过其构筑单元的螺旋排列表现出结构手性。然而,目前对其内在结构—性能关系的认识仍不充分,制约了手性光学性质的精准调控。此外,开发具备双色可调圆偏振发光特性的单组分金属卤化物对于先进光学和显示技术具有重要意义,但此类体系鲜有报道。

研究团队前期利用非手性甲基三苯基膦阳离子与三角平面型银—碘单元,构筑了零维手性银基卤化物(Angew. Chem. Int. Ed.2026);进一步掺杂铜离子后,不仅提升了发光效率,还将圆偏振发光波长拓展至青色区域,为金属卤化物手性光学性质的调控提供了新思路。

在本工作中,研究团队采用非手性4-苄基哌啶阳离子,通过调控结晶路径,构筑了零维锰基卤化物的两种多晶型:α-(4-BPP)2MnBr4β-(4-BPP)2MnBr4,二者分别结晶于中心对称空间群I2/a和手性空间群P21。详细的晶体学分析表明,中心对称的α相具有对称的氢键相互作用,从而保持反演对称性;而β相中的不对称氢键网络则诱导结构对称性破缺,形成本征手性结构。因此,β-(4-BPP)2MnBr4表现出抗热猝灭的绿—红双发射特性,其中Mn2+发光中心向四面体畸变诱导的自陷激子发生能量转移,实现了双色可调的圆偏振发光,其发光不对称因子达7×10-2。此外,其非中心对称结构还产生了丰富的非线性光学响应及手性诱导的自旋选择性效应。本工作从分子层面阐明了氢键相互作用对结构手性的影响机制,为金属卤化物手性光学和非线性光学性质调控提供了新策略。

上述工作以“Dual-Color Tunable Circularly Polarized Luminescence With Anti-Thermal-Quenching Enabled by Asymmetric Hydrogen-Bonding Networks in Hybrid Manganese Halides”为题,于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上,该工作的第一作者为我所1121组博士后柏天新。上述工作得到国家自然科学基金、中国科学院B类先导专项“基于极紫外光源的化学反应过渡态精准探测”、辽宁省自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。(文/图 柏天新、程鹏飞)

文章链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.73285

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