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[转载]港理工黄维扬-西安交大周桂江-西北大学吕兴强：不对称三杂配磷光铱(III)配合物—一类新兴金属基磷光材料

已有 1942 次阅读 2023-4-7 14:46 |个人分类:AMR Account|系统分类:论文交流

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近日，香港理工大学黄维扬教授联合西安交通大学周桂江教授和西北大学吕兴强教授团队的AMR述评文章“Asymmetric Tris-Heteroleptic Cyclometalated Phosphorescent Iridium(III) Complexes: An Emerging Class of Metallophosphors”在线发表。文章重点介绍了该团队在不对称三杂配体磷光铱(III)配合物方面的系统性研究进展，包括分子设计策略、合成方法、激发态调控、构效关系及其在高性能有机电致发光器件、化学传感器以及光限幅等领域的应用研究，并展望了这类新型磷光铱(III)配合物材料潜在的研究方向。

关键词：激发态，铱(III)配合物，混合配体，磷光，构效关系

文章内容简介

光功能有机半导体材料前沿研究的快速发展极大地推动了科学技术的进步。作为重要的有机半导体发光材料之一，磷光铱(III)配合物具有丰富的激发态性质和优异的化学稳定性，成为一类前景广阔的过渡金属配合物发光材料，已被广泛应用于有机电致发光、太阳能电池、光催化、生物传感与成像、光动力治疗等领域。一般来说，传统磷光铱(III)配合物通常包含至少两个相同的环金属双齿配体，这些具有两个相同双齿环金属配体的铱(III)配合物通常称为双杂配体配合物Ir(L₁)₂L₂，其中L代表配体或去质子化配体。具有三个相同配体的铱(III)配合物称为均配配合物Ir(L)₃。近期，基于三种不同（环金属）配体的磷光铱(III)配合物Ir(L₁L₂L₃)成为一类结构新颖、光物理性质丰富的新型磷光材料，成为研究热点。这类磷光铱(III)配合物因其含有三种配体，配合物分子具有结构不对称。与传统铱(III)配合物相比，独立配体设计为不对称三杂配体铱(III)配合物提供了更灵活的分子设计策略、合成方法和激发态调控能力，从而产生更丰富的激发态和潜在的多功能应用。

具体而言，该论文重点介绍的分子设计主要包括以下三个方面：1）取代基功能化工程（Substituent Functionalization Engineering, SFE）；2）配体骨架工程（Ligand Skeleton Engineering, LSE）；3）双金属化工程（Double Metalation Engineering, DME）。对于取代基功能化工程，主要将主族元素取代基引入环金属配体，并研究了取代基位置对三杂配体磷光铱(III)配合物激发态的影响。例如，主族元素具有独特的电子效应，有助于调控配合物的光电特性，平衡载流子传输能力，提高激子利用率等。对于配体骨架工程，通过引入不同类型的芳香骨架或具有不同共轭长度的芳香骨架，有效调控配合物激发态。对于双金属化工程，通过改变桥联配体（Bridging Ligand, BL）/外侧配体（Franking Ligand, FL）的类型与空间取向等。此外，还重点讨论了这类新兴磷光材料在高性能有机电致发光器件、化学传感器以及光限幅等领域的应用。针对目前研究现状，我们进一步展望了这类新型磷光铱(III)配合物材料潜在的研究方向。主要从配体结构设计（如配体类型等）、抗衡离子设计（针对离子型配合物）、实现手性发光及其手性信号放大的设计策略等角度展开讨论。这类新兴的不对称三杂配体磷光铱(III)配合物将为进一步设计具有独特光物理特性的新型磷光材料开辟一条重要途径，为潜在的多功能应用提供新的可能。

NO.1AMR：请问您选择该领域的初心是什么？

作者团队：

以铱(III)配合物为代表的过渡金属磷光配合物是一类光物理性质优异的磷光材料，由于其丰富且易调节的激发态性质（如三线态发光、长寿命、发射波长可控等）、优异的化学稳定性，被广泛地应用于有机光电子器件与生物医学领域等。与包含至少两个相同的环金属双齿配体的传统磷光铱(III)配合物相比，独立配体设计为不对称三杂配体铱(III)配合物提供了更灵活的分子设计策略、合成方法和激发态调控能力，从而产生更丰富的激发态和潜在的多功能应用。因此，我们希望通过理性分子设计，拓展磷光铱(III)配合物材料体系，探究新型不对称三杂配体铱(III)配合物的构效关系及其潜在应用，同时也希望为将来其他磷光过渡金属配合物提供有益的启发。

NO.2AMR：请和大家分享一下该领域可能会出现的研究机会。

作者团队：

在基础研究方面，主要包括，探索不对称三杂配体铱(III)配合物的高效合成方法；从配体结构设计（如配体类型等）、抗衡离子设计（针对离子型配合物）、实现从紫外到近红外全波段覆盖的高效率磷光发射；另外，由于铱(III)配合物的六配位八面体构型，其具有本征手性发光特性，如何通过分子设计实现高效手性发光及其手性信号放大将是未来的研究重点。在应用研究方面，应根据激发态性质进一步寻找更多的光功能应用机会。

NO.3AMR：请问您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

希望能够吸引和培养更多的过渡金属磷光配合物领域的人才，推进磷光过渡金属配合物材料从实验室走向产业化，实现其在有机光电子器件和生物医学领域的实际应用。

作者团队简介

香港理工大学

教授黄维扬

黄维扬教授，现为香港理工大学理学院院长、应用生物及化学科技学系讲座教授和欧雪明能源教授。1992年获香港大学化学专业一级荣誉学士学位；1995年获香港大学博士学位；1996至1997分别于美国德州农工大学和英国剑桥大学从事博士后研究。现为香港化学会主席；长期担任多种国际期刊的编委和国际编委顾问成员：曾任Journal of Materials Chemistry C副主编（2013-2022），现任Topics in Current Chemistry主编和Journal of Organometallic Chemistry编辑。长期专注于无机化学中金属有机聚合物/配合物的设计、合成及其光电应用等领域的基础与应用研究。在2014-2020年连续七年入选为汤森路透/科睿唯安高被引科学家，在Nat. Mater., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., Acc. Mater. Res., Nat. Commun., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等权威SCI期刊上发表论文800余篇，论文引用超过3万4千次，H-索引指数为87，获英国皇家化学会会士、香港裘槎基金会优秀科研者奖、英国皇家化学会过渡金属化学奖（首位华人）、国家教育部高校自然科学奖一等奖（排名第一）、亚洲化学会联合会杰出年青化学家奖、何梁何利基金科学与技术创新奖、国家自然科学奖二等奖（排名第一）、日本光化学学会亚洲及泛洋洲光化学科学家讲学奖、香港研资局高级研究学者奖、国家教育部长江学者讲座教授和香港青年科学院创院院士称号等奖项或称号。

香港理工大学

研究助理教授陶鹏

陶鹏博士，香港理工大学研究助理教授。先后获得太原理工大学学士、硕士以及博士学位（导师：黄维院士）。在香港理工大学从事博士后研究工作后（导师：黄维扬教授），于2020年7月任香港理工大学研究助理教授。在Acc. Mater. Res., Adv. Funct. Mater., Chem. Sci., Inorg. Chem., Adv. Optical Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces等权威SCI期刊上发表论文40余篇，受邀撰写英文专著章节一章。主持包括国家自然科学基金在内的多项科研项目。目前研究兴趣主要包括发光过渡金属配合物、纯有机共轭光电功能材料的分子设计、合成及其光功能应用研究。

西安交通大学

教授周桂江

周桂江教授，西安交通大学化学学院教授。于2003年从中国科学院化学研究所毕业，于2008年受聘为西安交通大学理学院教授，主要研究方向为功能有机光电材料，在Chem. Soc. Rev., Acc. Mater. Res., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Sci., Adv. Funct. Mater.等权威SCI期刊上发表论文120余篇，论文被引近7000次。主持多项国家自然科学基金、陕西省重点基金、教育部博士点基金等国家省部级基金项目。目前研究兴趣主要包括磷光过渡金属配合物材料及其光功能应用研究。

西北大学

教授吕兴强

吕兴强教授，西北大学化工学院教授。2005年获得中山大学博士学位。在香港浸会大学从事博士后研究工作后，于2006年任西北大学教授。现任陕西省应用化学重点学科负责人，陕西省化工学会精细化工专业委员会委员。在Acc. Mater. Res., Chem. Sci., Adv. Optical Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces等权威SCI期刊上发表论文100余篇。主持多项国家自然科学基金面上项目、教育部高等学校博士点博导基金、教育部新世纪优秀人才支持计划、陕西省科技统筹重大研究计划等。目前主要研究方向为发光金属配合物的分子设计与合成，以及用于光功能应用的聚合物以及用于聚合的新型催化剂研究。

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Asymmetric Tris-Heteroleptic Cyclometalated Phosphorescent Iridium(III) Complexes: An Emerging Class of Metallophosphors

Peng Tao*, Xingqiang Lü*, Guijiang Zhou*, and Wai-Yeung Wong*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00078

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