在过去的几十年里，新型圆偏振发光（CPL）材料由于其在信息技术、高分辨三维（3D）显示、光电器件等领域的潜在应用而引起了广泛的研究兴趣。特别地，具有精确可调CPL性能的可切换型CPL材料由于不需要重复合成以及在手性传感和智能器件等领域具有广阔的应用前景而受到越来越多的关注。迄今为止，在光照、金属配位和pH调控等不同的外部刺激下，已成功构建了多种可切换型CPL体系。然而，对于目前报道的可切换型CPL体系，大多数只有两种状态（主要是“开”和“关”），无法充分满足特定应用的需求。因此，开发具有多种发射状态和可切换CPL性能的新型CPL材料已逐渐成为该领域具有挑战性的前沿课题。与具有可切换CPL性能的小分子相比，作为一类典型的机械互锁分子（MIMs），轮烷独特的互锁结构和可控运动特性使其成为构建多态可切换型CPL材料的优势平台。一方面，轮烷中不同组件的存在可以将多个刺激响应位点嵌入到体系中，为多态可切换CPL性能的调节奠定基础；另一方面，轮烷独特的可控运动特性可实现具有可控手性信息传递或表达的立体异构体的生成，从而可实现多态可切换CPL性能的调节。在前期工作中，基于该课题组在机械立体化学领域的研究基础（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 4091; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 13923; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8473; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 18761; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210542; Nat. Commun. 2023, 14, 5307; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 14498; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202408271），华东师范大学王威团队通过将手性轮烷的动态可调性与多样化发光体系巧妙地结合起来，成功发展了一系列基于手性轮烷的新型可切换型圆偏振发光体系（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9507; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202319502; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202412548）。最近，该团队为了实现新型多态可切换型CPL体系的构建，选择具有独特平面手性的柱[5]芳烃（DEP[5]A）作为大环组件和手性源，选择具有聚集诱导发光性质的四苯基乙烯（TPE）基元和具有光致变色性质的螺吡喃（SP）基元作为封端基，并将脲基作为刺激响应位点嵌入到轴组件中，成功实现了一组新型手性[2]轮烷体系的构筑（TPE-[2]R5/10-SP）。实验结果表明：在紫外光和可见光的交替照射下，通过TPE和SP封端基的可逆荧光共振能量转移（FRET）开关实现了CPL体系在蓝光和红光发射之间的可逆调节；此外，阴离子驱动的手性DEP[5]A大环沿轴定向运动可精确调节其与封端基之间的距离并实现对其发光不对称因子（glum）的可控和可逆切换。值得注意的是，通过改变轮烷体系中轴组件的长度实现了对其手性信息传递的进一步调节，并观察到了有趣的距离效应，这为新型CPL开关体系的创制提供了一个新的思路。总之，对于该工作所新开发的多态可切换型CPL体系，其较大的glum值和CPL性能的显著差异使其在信息存储和加密等方面具有巨大的实际应用潜力，并为创建实用的新型智能手性发光材料提供了优势平台。该成果以“Multistate circularly polarized luminescence switches based on dual stimuli-responsive chiral [2]rotaxanes”为题，最新在线发表于Science China Chemistry上（DOI: 10.1007/s11426-024-2197-1）。论文第一作者为华东师范大学附属芜湖医院博士后胥卫涛，通讯作者为华东师范大学化学与分子工程学院王威研究员。该文将收录于2024年新锐科学家专刊中。扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。
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王威，研究员，博士生导师，2016年于华东师范大学获博士学位，2016–2019年在瑞士苏黎世联邦理工学院从事博士后工作，2019年至今在华东师范大学化学与分子工程学院工作，主要从事化学拓扑学、机械立体化学和机械互锁大分子的研究。【扩展阅读】
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