近日，南開大學化學學院王小野團隊在手性有機光電材料領域取得重要進展。他們發展了一類具有優異手性光學性質的新型硼氮雜雙螺烯分子，其在可見光區的吸收不對稱因子最高可達0.033，創造了螺烯類分子在可見光區不對稱因子的新紀錄。相關研究成果發表在國際頂級化學期刊《美國化學會志》（JACS）上。王小野研究員為本文的唯一通訊作者，博士研究生李繼坤為本文的第一作者。
手性是自然界的基本屬性之一，而手性材料也在人類社會發展中扮演著重要角色。近年來，由於圓偏振光在3D顯示、資訊處理、量子通訊、疾病診斷等領域的潛在應用，有機圓偏振光發光器件及探測器件受到了科學家的極大關注。在這些器件中，手性有機光電材料是核心和基礎，而評價這些材料效能的最重要指標之一就是不對稱因子，其代表材料對左旋和右旋圓偏振光的區分能力。在手性有機光電材料領域，螺烯作為一類由芳環鄰位稠合而成的具有獨特螺旋手性的多環芳烴化合物，具有較高的不對稱因子，備受關注。然而，大多數螺烯分子的手性光學響應都集中在紫外光區，限制了其在上述手性光電器件中的廣泛應用，這就對螺烯分子的設計策略提出了新的要求。透過螺烯的π共軛拓展、構建多重螺烯以及雜原子摻雜等策略，具有不同結構特徵的螺烯類分子在近年來不斷湧現，成功將其手性光學響應拓展到了可見光區。然而，這些螺烯分子的不對稱因子普遍較低，大部分都在10-3 - 10-4數量級，只有極少數分子能達到10-2數量級。因此，如何開發在可見光範圍內具有高不對稱因子的新型螺烯分子，是當前手性有機光電材料發展所面臨的關鍵問題與挑戰。
新型硼氮雜雙螺烯分子及其優異的手性光學性質
針對以上問題，王小野團隊設計合成了一類新型硼氮雜雙重[7]螺烯分子。一方面，得益於硼氮原子所帶來的分子內推拉電子效應，該螺烯分子骨架的吸收光譜延展到了紅光區域，並且隨著骨架外部給電子基團的引入可以進一步紅移，使得這類螺烯分子在紫外-可見光區域（300 - 700 nm）表現出了較強的手性光學響應；另一方面，非鍵合的硼氮原子引起的多重共振效應導致的軌道分離，以及X型的雙重螺烯構型均有助於提高螺烯分子的吸收不對稱因子（gabs），使得這一類螺烯分子的最大gabs在502 nm處達到了0.033，這是目前已知的螺烯類分子在可見光區域內gabs的最大值。此外，這類硼氮雜雙重[7]螺烯分子在紅光-近紅外區域顯示出光譜可調的圓偏振發光（CPL）性質以及高達100%的光致發光量子效率，其圓偏振發光亮度（BCPL）高達40 M-1 cm-1，是在紅光-近紅外區域效能優異的圓偏振發光材料。這些結果表明該類硼氮雜雙重螺烯分子具有出色的手性光學性質，將為未來手性光電材料與器件的發展提供新機遇和新思路。
