基于人工合成大環(huán)化合物的超分子熒光功能材料是一類由主客體相互作用調(diào)諧的新型可控發(fā)光材料。通過改變pH、溫度、溶劑、競爭客體等環(huán)境條件來影響體系中主客體作用強(qiáng)弱的方法,可以用來實(shí)現(xiàn)該類材料熒光性質(zhì)的有效調(diào)控。這種具有動(dòng)態(tài)性質(zhì)的智能熒光功能材料在離子檢測、細(xì)胞成像、藥物遞送、光電器件等方面有著極為可觀的應(yīng)用前景。因此,作為這類材料組裝基元的大環(huán)分子的合理設(shè)計(jì)和功能化以及熒光超分子組裝體的選擇性構(gòu)建則顯得尤為重要。
2019年7月24日,吉林大學(xué)楊英威教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了一類新型水溶性柱芳烴衍生物,即柱[5]芳烴雙磺酸鈉鹽 (DSP5),并利用其與季銨鹽基團(tuán)修飾的四苯基乙烯分子 (TPE-Q4) 較強(qiáng)的主客體相互作用,在水體系中得到了1:4的超分子組裝體 (TPE-Q4?DSP5),有效地限制了TPE-Q4的分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng) (restriction of intramolecular motion),從而阻斷了非輻射躍遷方式,進(jìn)而打開了超分子組裝誘導(dǎo)發(fā)光 (SAIE) 的大門。在此基礎(chǔ)上,該熒光超分子組裝體的pH穩(wěn)定性和對(duì)不同離子的熒光檢測效果也得到了系統(tǒng)研究。
圖 1. DSP5與TPE-Q4在水溶液中的超分子組裝行為和離子檢測示意圖。
熒光光譜實(shí)驗(yàn)表明,TPE-Q4?DSP5的熒光性質(zhì)在3~13的pH范圍內(nèi)能夠保持穩(wěn)定,即DSP5與TPE-Q4之間的主客體作用不因pH條件變化 而受到顯著影響。作者進(jìn)一步研究了該熒光組裝體對(duì)水溶液中不同離子的檢測性能,發(fā)現(xiàn)與其他離子相比,只有在Fe3+的存在下,其熒光會(huì)發(fā)生明顯減弱,同時(shí)體系中形成絮狀沉淀,而上清液在再次加入DSP5后熒光強(qiáng)度恢復(fù)。研究表明,F(xiàn)e3+能夠作為競爭離子,與DSP5的磺酸基配位結(jié)合,并產(chǎn)生沉淀,導(dǎo)致超分子熒光組裝體結(jié)構(gòu)被破壞,TPE-Q4分子恢復(fù)自由,內(nèi)部運(yùn)動(dòng)不再受限,體系的熒光大幅減弱,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)三價(jià)鐵離子的可視化和特異性的檢測。
圖 2. (a) TPE-Q4?DSP5在不同陰陽離子存在條件下的熒光減弱程度;(b) TPE-Q4?DSP5在不同陰陽離子存在條件下的Ksv值;(c) 日光(左)和紫外燈(365 nm) 照射下(右)的 (A) TPE-Q4,(B) TPE-Q4?DSP5,(C) TPE-Q4?DSP5+Fe3+,(D) DSP5+Fe3+的照片。
該工作近期發(fā)表在Research期刊上,論文作者為吉林大學(xué)研究生王旭、婁馨月、靳曉宇和武漢科技大學(xué)梁峰教授,通訊作者為吉林大學(xué)楊英威教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、吉林省省校共建計(jì)劃新材料專項(xiàng)資金和吉林大學(xué)培英工程計(jì)劃的支持。
文章信息:
Wang, X.; Lou, X.-Y.; Jin, X.-Y.; Liang, F.; Yang, Y.-W.* A Binary Supramolecular Assembly with Intense Fluorescence Emission, High pH Stability, and Cation Selectivity: Supramolecular Assembly-Induced Emission Materials. Research 2019, 2019, 1454562. DOI: 10.34133/2019/1454562.
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