自然界中的光合作用可以高效的将光能转化为化学能，构筑高效新型的人工光捕获系统(ALHSs)可以模拟光合作用进而加深对其理解并加以利用，因此构筑新型高效的ALHSs具有重要的意义。近日，北京师范大学江华教授课题组采用协同配位组装的方法，以二苯环蕃(PCP)双铂化合物以及四苯乙烯衍生物(TPE)作为配体，制备了新型双螺旋结构并以此构筑了多个ALHS体系，扩展了其在白光LED器件方面的应用，相关研究成果发表在Nat. Commun. (DOI: 10.1038/s41467-023-38405-9)。

　　光合作用是许多植物以及绿色细菌赖以生存的重要生命活动，它可以高效地将太阳能转化为化学能并加以储存。受自然界光合作用的启发，许多研究学者投入了大量精力设计并构建了许多高效的人工光捕获系统(ALHSs)。现如今常见的光捕获体系主要是通过树突状分子、卟啉列阵、聚合物等进行构建。但是以上这些基元往往合成相对复杂并难以进行修饰，这大大限制了ALHSs的应用。因此，设计合成新型的ALHSs并扩展其应用具有重要的意义。

　　超分子自组装因其易于合成、可调控的特性，为构筑新型的ALHSs提供了更多的机会。由配位驱动自组装所构筑的金属有机框架(MOFs)以及超分子配合物(SCCs)因其优异的性质吸引了众多研究学者的目光，并成为近些年超分子材料的研究热点。超分子配合物现已广泛应用于客体封装、催化、传感等方面。SCCs往往具有良好溶解性以及稳定性，因此SCCs也是构筑ALHSs的良好平台。但是，由于配位过程中往往会引入金属，而金属的重原子效应又往往会导致荧光的淬灭，因此基于SCCs的高效人工光捕获体系的报道相对较少。

　　二苯环蕃(PCP)是具有平面手性结构的基元，现已广泛应用于手性助剂、配体以及超分子组装等方面，因其取代角度不同，又可分为伪对位、伪间位、伪邻位。江华教授课题组通过对伪邻位二苯环蕃进行修饰成功获得了具有60°开合角度的外消旋及手性二苯环蕃双铂配体。此PCP配体可与120°角度的二吡啶四苯乙烯配体通过配位作用形成具有菱形空腔的特殊双螺旋结构，区别于传统的双螺旋结构，这种新型的双螺旋结构并不是由Pt-N的金属中心主导，而是由PCP基元进行控制。通过核磁、质谱、DOSY等多种手段对这种双螺旋结构及其手性双螺旋结构进行了表征。

图片来源：Nat. Commun.

　　由于双螺旋结构中具有TPE配体，随后作者又研究了双螺旋结构在四氢呋喃与水混合溶液中的AIE性能。双螺旋结构在含水量为90%的四氢呋喃展现出优异的AIE性能，由于选择的TPE配体有所差别，双螺旋结构所展现出的AIE荧光也略有不同。手性螺旋与非手性螺旋具有类似的AIE性能。这些双螺旋结构在含水量为90%的四氢呋喃溶液中可组装为纳米球，作者通过扫描电镜(SEM)以及动态光散射(DLS)对所形成组装体的形貌尺寸进行了进一步表征。

图片来源：Nat. Commun.

　　PCP双螺旋结构在混合溶液中展现出的优异性质，为构筑新型的ALHSs体系提供了良好的平台。这些双螺旋结构与曙光(EsY)、尼罗红(NiR)具有良好的能级匹配，因此作者在含水量为90%的四氢呋喃溶液中以聚集态的双螺旋结构作为能量供体，染料分子(EsY, NiR)作为能量受体，构筑了多个单步人工光捕获系统以及一个连续人工光捕获系统。通过染料受体的滴加可以实现广域CIE图谱颜色的调控。这些基于PCP双螺旋结构所构筑的人工光捕获系统展现较高的能量传递效率以及优异的天线效应，其中，连续人工光捕获系统的能量传递效率高达89.3%。荧光寿命的测试进一步验证了人工光捕获系统的构筑成功。此外，作者也通过SEM以及DLS对滴加染料前后双螺旋的组装形貌进行了确认。

图片来源：Nat. Commun.

　　此外，作者还对这些双螺旋结构的手性性质进行了研究。这些双螺旋结构展现出一定的CD以及CPL信号。在聚集状态下，由于这些双螺旋结构聚集组装为纳米球，并非属于超分子层面的有效组装，因此这些双螺旋结构在聚集状态的手性信号并没有显著的增强。最后，作者对双螺旋结构在光学器件的应用方面进行了探索。部分双螺旋结构可与尼罗红进行滴加共混制备白光PMMA薄膜。另有部分双螺旋结构的固体粉末可与蓝光LED灯负载，进而制备白光LED。

图片来源：Nat. Commun.

　　江华课题组通过配位协调驱动成功制备了基于二苯环蕃的双螺旋结构，并以此构筑了人工光捕获体系并探索了其应用。此工作不仅为构建新型双螺旋结构和人工ALHSs提供了一种独特的策略，而且为固态双螺旋结构作为手性荧光材料的潜在应用提供了前景。

　　该工作近期发表在Nature Communications上(Nat. Commun. 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38405-9)，该论文第一作者为北师大化学学院博士研究生连哲，通讯作者为化学学院江华教授。研究工作得到了国家自然科学基金委和北京市自然科学基金委的资助。

编辑：严志祥