研究进展：荧光分子系统具有重要意义，这些系统在分析物传感、生物相关过程的探针以及光电子材料中有广泛应用。在不同的溶剂极性范围内以及固态中实现高荧光量子产率在分子材料中是一个挑战。π-共轭分子在固态中通常因为聚集而导致荧光猝灭。为了克服这些挑战，研究者们采用了几种设计策略，包括具有扭曲柔性的分子，这些分子在凝聚相中可以引起聚集诱导的发射，以及具有树状侧链的分子，这些分子倾向于避免聚集，从而保持了单个色素体的性质。噻唑并噻唑（TzTz）是一类重要的荧光杂双环化合物，它们在电致变色装置、分析物传感、光电子器件和其他应用中有多种用途。大多数这些应用都是基于对称取代的TzTz衍生物。然而，不对称取代的TzTz衍生物受到了较少的关注。最近，Walter及其同事报告称，将强电子供体和受体基团连接到TzTz上会导致溶剂化荧光变色，尽管在极性溶剂中发射被猝灭。基于这些背景，作者提出了一种策略，通过在非对称的给体-TzTz-受体系统中系统地改变给体或受体的强度，以在极性溶剂中实现高荧光量子产率。解决方案：在本文中，作者首先设计和合成了一种新型荧光分子材料，这些材料基于TzTz，并通过结构微调实现了在不同溶剂中的高荧光量子产率。作者设计了两类系统，即中性的和阳离子的TzTz衍生物，以实现在多种溶剂中的溶解性。这些分子通过改变给体和受体的强度，调整分子内电荷转移（ICT）的程度。作者通过微调给体和受体，成功使其在极性和非极性溶剂中都有超过80%的高荧光量子产率。作者使用密度泛函理论（DFT）对分子的基态和激发态进行了几何优化，并分析了前沿分子轨道，以理解ICT的程度和分子的光物理特性。作者提出了一种新的量化ICT的方法，即通过Mulliken电荷分析，考察分子片段在激发态和基态之间的电荷变化，而非传统的整体分子偶极矩变化。作者进一步的研究揭示了TzTz桥接部分在ICT中的作用，其可以作为给体或受体，这取决于分子的具体结构。此外，作者还考察了这些分子材料的光稳定性，发现它们在环境条件下具有良好的光稳定性。![]()
图1：中性和阳离子不对称噻唑[5,4-d]噻唑衍生物的分子结构。
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图2：在365 nm激发下，TzTz衍生物在不同溶剂中的照片。
结论：本文报道了一种新型的基于非对称给体-TzTz-受体系统的分子设计策略，通过调整给体和受体的强度来优化分子的荧光特性。作者通过对给体和受体的精细调节，实现了在有机溶剂和水溶液中荧光量子产率超过80%的荧光分子材料，为设计可调谐的荧光材料提供了新的策略和见解。参考文献：Chidambar Kulkarni et al. Structural Fine-tuning to Achieve Highly Fluorescent Organic and Water-soluble Thiazolo[5,4-d]thiazole Chromophores. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202409725.
