偏振是光的基本属性，可以作为多维矢量信息传递的载体。各向异性发光有机微纳结构因其在量子光学、生物医学、机器视觉和逻辑电路等光子器件中的潜在应用而受到广泛关注。鉴于光子异质结构在高密度信息处理和显示应用方面的巨大潜力，近年来通过多组份分步生长或后功能化修饰等手段，多种光子异质结构先后被报道。尽管如此，如何同时实现光子异质结构嵌段长度、发光颜色及偏振态的精准控制仍然具有较大的挑战。
在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学研究所光化学院重点实验室钟羽武课题组前期在偏振发光分子晶体（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202205033; Angew. Chem. Int. Ed.2022, 61, e202116603）和光子异质结构（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4269-4278;Chin. J. Struct. Chem.2024, DOI:10.1016/j.cjsc.2024.100393）工作基础上，近期通过将偏振信息加载到光子异质结构中，制备了金属有机偏振发光光子异质结构，实现了双色发射和正交线偏振态的可控集成。
在该工作中，课题组研究人员基于双核金属有机铂化合物，通过溶液再沉淀分子组装，制备得到一类高效黄色磷光发射的一维棒状微米晶体。在室温下，该微晶因失去内含的二氯甲烷分子而发生快速有序的多米诺晶态转变，并伴随着黄色到红色发光颜色的改变。在转变过程中，通过硅油封装控制可以得到红-黄-红三嵌段光子异质微晶结构。黄色和红色发射嵌段都具有高度各向异性发光性质，偏振度P分别为0.80和0.58，且偏振方向相互垂直。光谱分析和理论计算表明，晶体中观测到的黄色和红色发射可能分别来源于分子内π-π相互作用和分子间Pt···Pt作用形成的激发态，而这两种激发态具有高度有序并且相互正交的电跃迁偶极矩排布。在此基础上，通过二氯甲烷蒸汽刻蚀覆盖有掩模版的红色发光微米晶棒，致使空气暴露的晶体嵌段发生红色到黄色发光的可逆转变，制备了一类可编程、正交偏振发射的多嵌段光子异质结构。单晶结构分析显示，在黄色发光晶体中，有机金属铂分子通过金属-金属作用形成一维超分子链，不同分子链之间紧密堆积形成棒状晶体。晶体中二氯甲烷的脱附只能从黄色晶体的端面由外到内依次进行。当失去溶剂后，一维超分子链中相邻金属铂分子发生扭转，致使红色晶体中分子链之间的堆积相对较为松散，使得蒸汽分子可以通过棒状晶体的侧面进行重新吸附，为掩模法制备多嵌段光子异质结构奠定了基础。该工作为制备微纳尺度高通量光子异质结构提供了一种新思路。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202412651。论文第一作者为博士生研究生陈建成，通讯作者为钟羽武研究员和龚忠亮副研究员。![]()
▲ 图1. 基于金属有机铂分子晶体的多米诺色变及偏振光子异质结构
