金屬有機微納晶體方面取得新進展

多態性(polymorphism)和各向異性(anisotropy)是晶體材料的兩種基本性質。通過調控分子間相互作用和組裝模式，可以從單一分子得到多態發光晶體。與此同時，各向異性使得分子晶體在不同方向上具有不同的物理化學性質。有機微納晶態材料具有規整度高和結構缺陷少的特點，被認為是揭示材料本徵特性和構築高性能光電器件的最佳選擇之一。從單一分子製備多態發光微納晶體並研究其結構依賴的發光各向異性不僅為納米光子學提供材料基礎，並為揭示有機發光晶體的構性關係提供重要依據。

在國家自然科學基金委和中國科學院先導項目支持下，中科院化學研究所光化學重點實驗室光功能材料與光電化學研究團隊近年來利用金屬有機化合物的分子可設計性和強組裝能力，合成了一系列刺激響應光功能分子材料和薄膜（J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 12337-12340；J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 7723-7729）；並率先製備金屬有機化合物的高規整度二元微納晶體，實現基於高效捕光能量轉移的三線態可調發光（J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 4269-4278；Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 7820-7825）。

最近，他們通過溶液再沉澱法成功製備了金屬有機鉑配合物PtD的黃色發光片狀晶體PtD-y和綠色發光棒狀晶體PtD-g。角度依賴的偏振發光實驗表明，片狀晶體表現出較強的磷光各向異性，而棒狀晶體的綠色發光在相同測試條件下幾乎為各向同性。根據單晶結構和理論計算可知，晶體發光的各向異性受益於分子躍遷偶極矩在晶體結構中的平行取向，而晶體發光的各向同性是由於分子躍遷偶極矩的交叉取向引起。進一步通過二元共組裝，將各向同性的紅色發光鉑配合物PtA作為能量給體摻雜到PtD的片狀晶體中（受體組分小於3%），通過模擬自然界的捕光能量轉移，實現受體紅色發光的偏振磷光放大。該工作揭示了分子晶體的躍遷偶極矩和發光各向異性的重要構性關係，並顯示光功能金屬有機化合物在微納發光晶體與納米光子學方面的潛在應用價值。工作發表在J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 6157-6161，並被選為《美國化學會志》2019年第17期封面（front cover, 01-May-2019）。化學所博士研究生孫孟佳和劉營營為論文的共同第一作者，通訊作者為研究員鍾羽武、趙永生、姚建年。

圖：結構依賴的多態發光晶體和偏振磷光放大

來源：中國科學院化學研究所

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