西安交通大学张明明教授 JACS : 构建高效发光金属笼状化合物

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近日，国际化学领域权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）刊登了西安交通大学材料学院张明明教授课题组的论文“基于苝酰亚胺的高效发光金属笼及其主客体化学用于信息加密”（Highly Emissive Perylene Diimide-Based Metallacages and Their Host-Guest Chemistry for Information Encryption）。该研究成果首次得到并成功解析了多组分Pt（II）金属笼的晶体结构，并对其主客体化学进行了研究，探索了其在信息加密中的应用，为发光金属笼的构建以及功能化应用开辟了新的道路。

金属笼状化合物由于具有特定的尺寸与结构、独特的发光性质和可封装客体分子的空腔，在吸附和分离、控制释放等领域有着非常广泛的应用前景。然而，由于重原子效应以及金属—配体的电荷转移作用会淬灭荧光，因此，如何有效地构筑高效发光的金属笼仍是这些领域的难点。虽然以四苯基乙烯衍生物作为配体的荧光金属笼部分解决了发光效率的问题，但是由于四苯基乙烯自身的扭曲构象以及在溶液中存在金属环—金属笼之间的结构转变，导致这些金属笼无法有效地结合客体分子，限制了其三维空腔的进一步应用。因此，如何设计并构建具有高效发光的金属笼，并有效地实现其与客体分子之间的相互作用，进而调节它们的发光行为，具有非常重要的科学意义。

针对这一问题，张明明教授课题组以苝酰亚胺（PDI）衍生物作为结构单元，利用Pt基金属配位降低金属配体之间的电荷转移作用，抵消其重原子效应，制备了两种高效发光金属笼（量子产率约为90％），并通过单晶X射线衍射证实了其化学结构。由于苝酰亚胺配体缺电子的π共轭平面性质，金属笼不仅可以与富电子的多环芳烃表现出良好的主客体作用，还可以与苝分子形成可调控发光的主-客体复合物，通过颜色互补发出白光。由于主客体复合物在溶液和固态中的荧光量子产率的巨大差异，被成功地用于信息加密。

该论文第一作者为西安交大材料学院博士生侯亚丽，通讯作者是西安交大金属材料强度国家重点实验室张明明教授，西安交大金属材料强度国家重点实验室是论文唯一通讯单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划国际合作项目、西安交通大学基础研究计划等项目共同的资助，论文的表征及测试得到了深圳大学教授李霄鹏，英国诺丁汉大学博士凌三良，中山大学教授朱克龙，西安交大前沿学院教授郑彦臻、陈伟鹏博士，福建物构所蔡丽璇博士，西安交通大学分析测试共享中心、材料学院和理学院分析测试中心的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09904来源：西安交大   

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