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Nature Communications volume 13, numero articolo: 3492 (2022) Citare questo articolo

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I clusterluminogeni si riferiscono ad alcune molecole non coniugate che mostrano luce visibile e proprietà elettroniche uniche con interazioni attraverso lo spazio dovute alla formazione di aggregati. Sebbene siano state sviluppate teorie mature e sistematiche di fotofisica molecolare per studiare i cromofori coniugati convenzionali, è ancora difficile dotare i clusteroluminogeni di proprietà fotofisiche progettate manipolando le interazioni attraverso lo spazio. Qui, tre clusteroluminogeni con strutture donatore-accettore non coniugate e diversi sostituenti degli alogenuri sono progettati e sintetizzati. Questi composti mostrano emissioni multiple e persino emissione di luce bianca di una singola molecola nello stato cristallino. Il rapporto di intensità di queste emissioni può essere facilmente manipolato modificando l'atomo di alogenuro e la lunghezza d'onda di eccitazione. I risultati sperimentali e teorici rivelano con successo la natura elettronica di queste emissioni multiple: coniugazione attraverso lo spazio per la fluorescenza a lunghezza d'onda corta, trasferimento di carica attraverso lo spazio basato su interazioni secondarie attraverso lo spazio per la fluorescenza a lunghezza d'onda lunga e fosforescenza a temperatura ambiente. L'introduzione di interazioni secondarie attraverso lo spazio ai clusteroluminogeni non solo arricchisce la loro varietà di proprietà fotofisiche, ma ispira anche la creazione di una nuova fotofisica aggregata per la clusteroluminescenza.

Il materiale luminescente non solo illumina la nostra vita, ma porta anche a rivoluzioni di vasta portata in molti settori high-tech come la crittografia, l'imaging e i sensori1,2,3,4. Negli ultimi decenni, è stata stabilita la fotofisica molecolare basata sulla coniugazione di legame passante (TBC) per guidare la progettazione di luminofori organici efficienti e multifunzionali e le strutture con coniugazione π estesa sono riconosciute come prerequisito per prestazioni di luminescenza efficienti5,6 ,7. Tuttavia, alcune molecole non coniugate hanno recentemente attirato molta attenzione grazie alla loro capacità di emettere luce visibile nello stato aggregato8,9,10. Ad esempio, i dendrimeri di poli(ammidoammina) non coniugati e non aromatici e i derivati ​​della succinimmide mostrano una forte emissione blu e verde nello stato di clustering, rispettivamente11,12,13. Questa luminescenza non convenzionale è chiamata clusteroluminescenza (CL), e i luminofori con tale proprietà sono noti come clusteroluminogens (CLgens)14,15,16. Rispetto ai tradizionali luminofori con anelli aromatici coniugati, i CLgen possiedono una migliore flessibilità e lavorabilità. Inoltre, mostrano una buona biocompatibilità rispetto ai materiali inorganici grazie alla bassa tossicità e alla migliore degradabilità, fungendo così da promettenti materiali luminescenti per applicazioni biologiche17,18.

Tuttavia, a differenza dei tradizionali luminofori coniugati, le teorie basate sulla TBC solitamente non riescono a spiegare i comportamenti fotofisici dei CLgen. Pertanto, c’è un urgente bisogno di costruire nuove teorie fotofisiche per CL19. Precedenti rapporti indicano che le interazioni attraverso lo spazio (TSI) e l'accoppiamento/delocalizzazione degli elettroni tra unità spazialmente separate svolgono un ruolo essenziale nell'emissione visibile di CLgens non coniugati20,21,22. Ad esempio, l'1,1,2,2-tetrafeniletano, in cui i suoi anelli fenilici sono isolati gli uni dagli altri mediante carboni saturi, mostra un'emissione blu cielo allo stato solido a causa della sovrapposizione elettronica degli anelli fenilici nello stato eccitato23. Tang et al. ha anche dimostrato la possibilità di regolare la TSI introducendo gruppi donatori e ritiratori di elettroni non solo per regolare la densità elettronica ma anche per influenzare la rigidità della geometria dello stato eccitato24,25. Sebbene siano stati ottenuti numerosi risultati negli studi relativi alla TSI, migliorare le prestazioni fotofisiche dei CLgen manipolando la TSI a livello molecolare rappresenta ancora una grande sfida.