圆偏振发光（CPL）材料在3D显示、信息加密、光电探测等领域表现出重要应用前景，引起广泛关注。CPL材料的性能主要通过发光不对称因子和发光量子效率两个重要参数进行表征。目前，合成兼具高不对称因子和高发光效率的CPL材料是该领域的一个难点。此外，CPL分子材料通常从单一手性物质与发色团相结合得到，并通过分子组装实现手性放大。如何从消旋分子出发，获得高性能CPL材料是该领域的一个挑战性课题。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学所光化学院重点实验室姚建年/钟羽武团队在前期工作中，基于经典的光功能Ir(III)、Ru(II)配合物和手性抗衡负离子策略，开发出具有高效光致和电致圆偏振发光的分子晶体和器件（Sci. China Chem.2023, 66, 2892–2902; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202302160; Chem. Eur. J. 2024, 30, e202400685）。

最近，该团队基于手性对称性破缺和捕光能量转移，以消旋的金属配合物为基本分子材料，实现了形貌、颜色可控的高效CPL分子晶体的制备。基于非手性极性溶剂二氯甲烷和乙腈参与的共结晶过程，诱导消旋金属Ir(III)、Ru(II)配合物的自发手性对称性破缺，获得光学纯手性配合物的单晶（图1）。研究表明，溶剂分子与配合物分子之间的非共价相互作用在同手性晶体的析出中发挥了重要作用，获得的Ʌ-或∆-手性Ir(III)、Ru(II)配合物在溶液和微晶状态均表现出良好的手性光学性质。进一步通过手性Ir(III)配合物与消旋Ru(II)配合物的双组份组装，实现圆偏振信息携带的捕光能量传递和发光量子效率的显著提高。此外，消旋的Ir(III)配合物在不同温度下可以形成绿色发光的微米棒和蓝色发光的微米片两种微晶，将这两种晶体分别与手性的Ru(II)配合物进行双组份组装，可以得到手性放大或者手性反转的红色CPL，发光效率超过35%，不对称发光因子达到0.06以上，是目前基于金属Ir(III)、Ru(II)配合物的最佳CPL性能。进一步通过漫反射圆二色吸收光谱，对不同晶体中的手性传递的机理开展了研究。该工作为手性光功能金属配合物的制备和高效CPL材料的开发提供了新的思路。

相关研究成果发表在CCS Chem.2024, 10.31635/ccschem.024.202403864。本论文第一作者为博士研究生丁春云，通讯作者为钟羽武研究员和姚建年院士。

图1. 基于对称性破缺和能量转移实现圆偏振发光分子晶体的制备

光化学院重点实验室

2024年6月4日