近日，中国科学院化学研究所刘鸣华研究员团队的AMR评述文章“Supramolecular Architecture of Chiral Macrocycles: Hierarchical Assembly and Confinement Effect for Enhanced Circularly Polarized Luminescence”在线发表。文章介绍了采用手性大环组装体策略构筑高性能圆偏振发光材料的最新研究进展，着重讨论了手性大环在分子和超分子组装层面的分级限域效应，揭示了手性大环的分子结构设计、多层次组装行为与圆偏振发光活性之间的构效关系，并对该领域的未来研究方向和应用前景进行了展望。

关键词：圆偏振发光；超分子手性；自组装；手性大环；限域效应

原文提要：“This Account highlights a hierarchical confinement strategy in macrocycle-based assemblies to manipulate chirality transfer and amplification, thereby enabling the generation and enhancement of circularly polarized luminescence (CPL).”

1 文章内容简介

作为主客体化学的核心研究对象，大环化合物在仿生分子识别、分离与催化等领域扮演着至关重要的角色。其中，手性大环化合物是连接手性化学、超分子化学、仿生科学和手性功能材料等前沿交叉研究领域的重要桥梁。然而已报道的大多数大环分子本身是非手性的，且人工合成的手性大环相关研究仍较为匮乏。通常在分子状态下，手性大环化合物往往表现出较低的手性光学活性，这对其在圆偏振发光（CPL）等领域的应用带来了重大挑战。本文介绍了本课题组通过利用分子层面和超分子组装层面的多层级限制效应来解决这一问题的创新策略，系统展示了如何在手性大环化合物的分级组装结构中引入手性，并实现手性传递与放大，从而实现圆偏振发光的产生与增强。具体包括：（1）通过手性大环化合物的自组装构筑多层次螺旋结构，实现超分子手性的诱导、转移和放大，以及圆偏振发光活性的增强与调控；（2）利用手性大环化合物的内腔对非手性发光体进行空间限制，结合分级组装结构实现圆偏振发光的诱导与调谐；（3）利用手性大环化合物外表面介导的客体共组装，实现多层次组装结构与圆偏振发光性能的精确调制。最后，基于分子和超分子层面的分级限域效应，作者从手性大环化合物的分子结构设计、组装策略创新、超分子手性传递与放大的机制认识、以及圆偏振发光器件的构筑等方面对该领域的未来研究方向和应用前景进行了总结与展望。

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AMR:您选择该领域的初心是？

作者团队：

圆偏振发光不仅可以提供手性物质的激发态性质，有助于理解其动态行为；而且在光电材料与三维显示、信息加密与防伪，生物成像，光催化与不对称合成等领域具有重要应用，近年来得到了广泛关注。有机圆偏振发光材料因具有可调的发光颜色和高的量子产率，因此备受研究领域重视。但是，其普遍较低的发光不对称因子（g_lum）极大地限制着它们的实际应用。通过超分子组装手段可以有效地增强手性传递，从而极大地提高圆偏振发光活性。然而，超分子组装会带来发光量子产率（Φ）的下降或者发光颜色不可控制的挑战。为此，我们团队选择具有自限域隔离特性的手性大环作为组装基元，构筑同时兼具高发光不对称因子和高发光量子产率的圆偏振发光体系，针对性解决该领域鱼与熊掌不可兼得的技术难题。

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AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

在圆偏振发光材料开发领域，手性大环已经展现出其独特的优势，相对于小分子体系其发光不对称因子得到了显著提升。但是，大多数依然处于中等水平，离实际应用所需阈值还有很大的差距。因此，（1）设计合成具有性能突破性提升的手性大环化合物依然是该领域的迫切需求。比如，合成具有高度刚性结构的稠环化手性分子大环或者分子笼。（2）同时，对具有高圆偏发光活性的手性大环化合物进行可控组装，特别是多层次超螺旋结构的构筑，进一步提升圆偏发光综合性能，将是该领域实现突破的重要途径。（3）以手性大环、分子笼这类自限域分子构筑基元搭建结构清晰可控的超分子组装体系，深入挖掘超分子手性传递与放大的内在本质，揭示分子构型、电子云跨键与跨空间分布、手性激子相互作用、多级限域效应同圆偏振发光综合性能的构效关系，将是该领域值得持续深耕的长久研究方向。（4）此外，除了不断探索新的材料体系外，当务之急是将材料研究与器件开发，以及器件级的性能评估进行充分结合，这是该领域面向实际应用的必由之路。

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AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

近年来，圆偏发光材料的研究已经在多个方面取得了突破性的进展，展现出了光明的应用前景， 未来在各类器件的研究以及性能提升上有很大挑战。相信有机圆偏发光材料研究经过未来的持续努力，如果充分利用其分子结构基元设计的灵活性，以及与其他材料的兼容优势，在包括柔性电子器件在内的器件集成方面发挥独特优势，有助于加速其从实验室研究迈向现实应用。

作者团队简介

刘鸣华，中国科学院化学研究所研究员。主要研究超分子手性化学和手性凝胶等软物质材料，发现了非手性分子在界面、胶束和凝胶中的对称性破缺现象，开拓了一系列手性多层次组装体系，实现了超越分子体系的手性功能，并在凝胶的应用上取得突破。发表论文400余篇，曾获2005年度中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖，2024年中国化学会手性化学奖。现任中国科学院胶体界面与化学热力学重点实验室主任，Wiley期刊Chirality主编，中国化学会手性专业委员会副主任。

朱雪锋，中国科学院化学研究所理学博士、师从刘鸣华研究员，现为兰州大学化学化工学院、天然产物化学全国重点实验室教授。主要研究超分子手性框架聚集体、圆偏振发光、手性识别与分离。共发表论文60余篇，包括J. Am. Chem. Soc. (1篇), Angew. Chem. Int. Ed. (9篇), Chem. Sci. (1篇)，Sci. China Chem. (1篇), Sci. China Mater. (1篇), Fundam. Res. (1篇)等。

宋昕，西北工业大学化学与化工学院理学博士，师从田威教授，现为中国科学院化学研究所胶体、界面与化学热力学实验室刘鸣华课题组助理研究员。主要从事手性大环、超分子手性、超分子组装和软物质相变材料等领域的研究工作。以第一/通讯作者发表Acc. Mater. Res., Angew. Chem. Int. Ed., Chem, Fundam. Res., J. Phys. Chem. B 等论文。

扫码阅读刘鸣华研究员团队的精彩Account文章：

Supramolecular Architecture of Chiral Macrocycles: Hierarchical Assembly and Confinement Effect for Enhanced Circularly Polarized Luminescence

Xin Song, Xuefeng Zhu*, Shengfu Wu, Weili Shang, Liangyu Hu, and Minghua Liu*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.6c00071

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