发光性能可调控的动态圆偏振发光材料在不对称合成、光学器件、生物探针、信息加密等领域具有重要的应用价值，在近年来受到人们的广泛关注。基于非共价作用的超分子自组装策略是构建此类材料的重要途径之一。然而，目前多数组装圆偏振发光材料都局限于可见光区域，如何构建具有高不对称因子的近红外圆偏振发光材料，仍是一个亟需解决的关键科学问题。
随着超分子科学的发展，具有深度时空动态性的非平衡态超分子组装体不断涌现。通过在时空维度调控分子组装行为，人们已经成功构建出瞬态超分子聚合物、凝胶材料、纳米材料等多种非平衡态组装材料，实现对材料结构及性能在时空维度的精准调控，为下一代智能材料的开发做出了重要的贡献。然而，构建非平衡态手性超分子组装体，实现近红外圆偏振发光在时空维度的动态调控，仍然面临着巨大的挑战。
近日，华东理工大学化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心曲大辉教授课题组在动态化学调控分子发光研究中取得了重要进展，相关研究成果以“Dynamic Near-Infrared Circularly Polarized Luminescence Encoded by Transient Supramolecular Chiral Assemblies”为题发表于Angewandte Chemie International Edition (2024, DOI: 10.1002/anie.202407385)。
该研究工作设计合成了基于荧光团芘的两亲性分子基元，通过亲疏水自组装策略实现了基于单一荧光团的动态多色发光。引入手性基元ATP与分子基元以1:1的形式共组装形成螺旋组装体，诱导产生圆偏振发光信号，glum = ‒3×10‒3，BCPL = 2.52 M‒1 cm‒1。进一步引入花菁类染料Sulfo-Cy5，通过共组装与能量转移策略实现了近红外圆偏振发光，glum = 2.3×10‒2，BCPL = 36.2 M‒1 cm‒1。
在此基础上，引入碱性磷酸酶构建化学反应网络，将热力学平衡态的组装体推动至远离平衡态，构建ATP触发的时序动态的超分子螺旋组装体。ATP加入后迅速与分子基元共组装，促使囊泡转变为螺旋组装体，产生圆偏振发光。在碱性磷酸酶存在的条件下，ATP随着时间逐渐水解形成ADP。因此，分子基元与ATP共组装形成的螺旋组装体是处于远离热力学平衡态的耗散结构，具有时空动态性，随着时间逐渐转变回囊泡，圆偏振发光也随着时间逐渐消失。基于时序动态的发光特性，作者进一步构建了多重信息加密材料，正确的信息需要经过四重解密才能获取，有效提升了信息的安全性与保密性。
该工作由博士后王骞在曲大辉教授和梅菊副教授的指导下完成，并得到了田禾院士的悉心指导。该工作得到国家自然科学基金、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、上海市科技重大专项、上海科学技术委员会、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、博士后科学基金等项目资金支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202407385