自然界中的光合作用可以高效的將光能轉化為化學能，構筑高效新型的人工光捕獲系統(ALHSs)可以模擬光合作用進而加深對其理解并加以利用，因此構筑新型高效的ALHSs具有重要的意義。近日，北京師范大學江華教授課題組采用協同配位組裝的方法，以二苯環蕃(PCP)雙鉑化合物以及四苯乙烯衍生物(TPE)作為配體，制備了新型雙螺旋結構并以此構筑了多個ALHS體系，擴展了其在白光LED器件方面的應用，相關研究成果發表在Nat. Commun. (DOI: 10.1038/s41467-023-38405-9)。

　　光合作用是許多植物以及綠色細菌賴以生存的重要生命活動，它可以高效地將太陽能轉化為化學能并加以儲存。受自然界光合作用的啟發，許多研究學者投入了大量精力設計并構建了許多高效的人工光捕獲系統(ALHSs)?，F如今常見的光捕獲體系主要是通過樹突狀分子、卟啉列陣、聚合物等進行構建。但是以上這些基元往往合成相對復雜并難以進行修飾，這大大限制了ALHSs的應用。因此，設計合成新型的ALHSs并擴展其應用具有重要的意義。

　　超分子自組裝因其易于合成、可調控的特性，為構筑新型的ALHSs提供了更多的機會。由配位驅動自組裝所構筑的金屬有機框架(MOFs)以及超分子配合物(SCCs)因其優異的性質吸引了眾多研究學者的目光，并成為近些年超分子材料的研究熱點。超分子配合物現已廣泛應用于客體封裝、催化、傳感等方面。SCCs往往具有良好溶解性以及穩定性，因此SCCs也是構筑ALHSs的良好平臺。但是，由于配位過程中往往會引入金屬，而金屬的重原子效應又往往會導致熒光的淬滅，因此基于SCCs的高效人工光捕獲體系的報道相對較少。

　　二苯環蕃(PCP)是具有平面手性結構的基元，現已廣泛應用于手性助劑、配體以及超分子組裝等方面，因其取代角度不同，又可分為偽對位、偽間位、偽鄰位。江華教授課題組通過對偽鄰位二苯環蕃進行修飾成功獲得了具有60°開合角度的外消旋及手性二苯環蕃雙鉑配體。此PCP配體可與120°角度的二吡啶四苯乙烯配體通過配位作用形成具有菱形空腔的特殊雙螺旋結構，區別于傳統的雙螺旋結構，這種新型的雙螺旋結構并不是由Pt-N的金屬中心主導，而是由PCP基元進行控制。通過核磁、質譜、DOSY等多種手段對這種雙螺旋結構及其手性雙螺旋結構進行了表征。

圖片來源：Nat. Commun.

　　由于雙螺旋結構中具有TPE配體，隨后作者又研究了雙螺旋結構在四氫呋喃與水混合溶液中的AIE性能。雙螺旋結構在含水量為90%的四氫呋喃展現出優異的AIE性能，由于選擇的TPE配體有所差別，雙螺旋結構所展現出的AIE熒光也略有不同。手性螺旋與非手性螺旋具有類似的AIE性能。這些雙螺旋結構在含水量為90%的四氫呋喃溶液中可組裝為納米球，作者通過掃描電鏡(SEM)以及動態光散射(DLS)對所形成組裝體的形貌尺寸進行了進一步表征。

圖片來源：Nat. Commun.

　　PCP雙螺旋結構在混合溶液中展現出的優異性質，為構筑新型的ALHSs體系提供了良好的平臺。這些雙螺旋結構與曙光(EsY)、尼羅紅(NiR)具有良好的能級匹配，因此作者在含水量為90%的四氫呋喃溶液中以聚集態的雙螺旋結構作為能量供體，染料分子(EsY, NiR)作為能量受體，構筑了多個單步人工光捕獲系統以及一個連續人工光捕獲系統。通過染料受體的滴加可以實現廣域CIE圖譜顏色的調控。這些基于PCP雙螺旋結構所構筑的人工光捕獲系統展現較高的能量傳遞效率以及優異的天線效應，其中，連續人工光捕獲系統的能量傳遞效率高達89.3%。熒光壽命的測試進一步驗證了人工光捕獲系統的構筑成功。此外，作者也通過SEM以及DLS對滴加染料前后雙螺旋的組裝形貌進行了確認。

圖片來源：Nat. Commun.

　　此外，作者還對這些雙螺旋結構的手性性質進行了研究。這些雙螺旋結構展現出一定的CD以及CPL信號。在聚集狀態下，由于這些雙螺旋結構聚集組裝為納米球，并非屬于超分子層面的有效組裝，因此這些雙螺旋結構在聚集狀態的手性信號并沒有顯著的增強。最后，作者對雙螺旋結構在光學器件的應用方面進行了探索。部分雙螺旋結構可與尼羅紅進行滴加共混制備白光PMMA薄膜。另有部分雙螺旋結構的固體粉末可與藍光LED燈負載，進而制備白光LED。

圖片來源：Nat. Commun.

　　江華課題組通過配位協調驅動成功制備了基于二苯環蕃的雙螺旋結構，并以此構筑了人工光捕獲體系并探索了其應用。此工作不僅為構建新型雙螺旋結構和人工ALHSs提供了一種獨特的策略，而且為固態雙螺旋結構作為手性熒光材料的潛在應用提供了前景。

　　該工作近期發表在Nature Communications上(Nat. Commun. 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38405-9)，該論文第一作者為北師大化學學院博士研究生連哲，通訊作者為化學學院江華教授。研究工作得到了國家自然科學基金委和北京市自然科學基金委的資助。

編輯：嚴志祥