01
研究背景
近年来多重刺激响应发光超分子配合物在数据加密、防伪标识及分子逻辑门等前沿领域中受到广泛的关注,而此类晶态材料的构筑常依赖于多重超分子作用的协同。吡唑基Cu(I)环三核配合物(CTC)的配体易合成修饰,具有丰富的且颜色可调的磷光性质。因此,研究人员可以通过合理的配体设计合成具有多重刺激响应功能的Cu(I) CTCs。
02
研究内容
近日,暨南大学郑霁/李丹研究团队通过溶剂热法构筑了多重刺激响应功能吡啶基吡唑环三核Cu(I)配合物(简称配合物1),该工作整合了吡唑基环三核Cu(I)单元易触发磷光的优点和吡啶基可作为氢键或卤键位点的优点。吡啶基吡唑环三核Cu(I)配合物展现出可逆的对机械力、温度、有机溶剂及蒸汽刺激响应的发光变色行为,吡啶基N原子和氯甲烷通过氢键或卤键结合改变了吡啶基和吡唑基的扭转角,进而调控发射能量。
图1 配合物1的晶体结构及独立梯度模型分析
图2 配合物1的热致发光变色
当1的晶体从297 K冷却至100 K,伴随着晶格收缩出现了异常的二聚体内Cu···Cu距离增长的现象(图1)。理论计算表明,降温虽弱化了Cu···Cu作用,但增强了相邻配合物分子间的Cu-N作用以及配体间作用等,故形成更密集的二聚体堆积,其与热致发光变色有显著关联。
图3 配合物1的机械致发光变色和溶剂致发光变色
1的晶体呈现出可逆的研磨致发光变色行为,即通过研磨可令其绿光晶体转化为黄光粉末(1-G),滴加CH2Cl2或CHCl3可使1-G回复为原本的绿光晶相。特别的是,两种氯甲烷皆会先和研磨后的粉末结合,形成红光物种,再复原晶态的绿光。这样的红光物种很可能对应1与氯甲烷形成的复合物,且1在固态和溶液/悬浮液的相反的红光状态持续时间暗示了CHCl3与1的结合更强。一方面,1的研磨后的黄光粉末接触CH2Cl2后产生的红光状态非常短暂,以至于无法测得其稳态发射光谱,而接触CHCl3后产生的红光状态则可维持约一天。另一方面,CHCl3与1的较强作用导致1较易溶解于CHCl3中,其发光在溶液环境下被完全猝灭。而CH2Cl2与1的较弱的作用令1在CH2Cl2中形成悬浮液,使其持续展现红光发射(图3d)。
图4 配合物1、CHCl3和CH2Cl2的优化构型及静电势分析
通过对单分子及1:1的1与氯甲烷的复合物进行静电势(图4)或相互作用能分析,确认了1经由吡啶基N原子与CHCl3的结合显著强于与CH2Cl2的结合,以及通过氢键进行结合比通过卤键更有利。
图5 与门和蕴涵门
基于1的多重刺激响应行为,研究人员设计了两种类型的发光逻辑门。第一种是与门(AND),另一种是蕴涵逻辑门(IMPLICATION)(图5)。利用1-G对CH2Cl2和CHCl3的溶剂响应发光,可以实现信息加密和防伪标识功能(图6)。
图6 微数据存储矩阵和防伪应用
03
总结展望
基于吡啶基吡唑环三核Cu(I)配合物,对机械刺激、温度、有机溶剂和蒸汽刺激表现出可逆的多重刺激响应行为。研究人员利用该材料成功制作了两个发光逻辑门和具有信息写入和擦除功能的数据微阵列和防伪器件。实验和理论计算阐明了吡啶基在触发CTC多刺激响应行为中所起的作用,明晰了吡啶基在CTC中的结构和功能关系。本工作展示了环三核Cu(I)配合物在多刺激响应发光材料领域的应用潜力,期望今后开发一系列基于吡啶基Cu(I) CTC的廉价多刺激响应材料。
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论文信息
Multistimuli-responsive behavior of a phosphorescent Cu3pyrazolate3 complex for luminescent logic gates and encrypted information transformation
Wen-Jing Tang, Hu Yang, Su-Kao Peng, Ze-Miao Xiao, Guo-Quan Huang, Ji Zheng and Dan Li
Inorg. Chem. Front., 2023, Advance Article
https://doi.org/10.1039/D3QI00313B
*文中图片皆来源上述文章
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05
作者简介
郑霁 博士
暨南大学
郑霁,暨南大学化学与材料学院讲师,在汕头大学取得学士学位(2009年)、硕士学位(2012年)与博士学位(2016年),攻读博士学位时师从李丹教授。在暨南大学进行博士后研究,2020年起任职暨南大学化学与材料学院讲师。目前的研究兴趣包括基于d10铸币金属环三核配合物的基态和激发态中的多重非共价作用的协同和竞争及其相关的光电性质。
主页:https://faculty.jnu.edu.cn/hcy/zj9/list.psp
李丹 教授
暨南大学
李丹,暨南大学化学与材料学院院长、教授、博士生导师。从事超分子配位化学的研究工作,为合成技术、材料创新和晶体工程积累了实践经验及理论基础。国家杰出青年基金获得者(2008年),英国皇家化学会会士(FRSC,2014年),中国化学会首批高级会员(2020年)。主持国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目和国家973计划(课题组长)等。在国际权威学术刊物如Nature、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等发表学术论文300多篇。获国务院“政府特殊津贴专家”,曾获得广东省科学技术一等奖(第一完成人)、第十五届广东省丁颖科技奖。
主页:https://chemmat.jnu.edu.cn/2017/0419/c35083a120818/page.htm
唐文静 硕士研究生
暨南大学
唐文静,本文共同第一作者,暨南大学化学与材料学院硕士研究生,导师为李丹教授。
杨虎 博士研究生
暨南大学
杨虎,本文共同第一作者, 暨南大学化学与材料学院博士研究生,导师为李丹教授。研究方向为铸币金属环三核配合物的光物理性质和潜在光功能应用。
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