信息来源：化学与生命资源学院公众号 发布日期：2026年8月29日

圆偏振发光（Circularly Polarized Luminescence, CPL）是指手性发光体系受激后选择性发射左旋或右旋圆偏振光的现象。与传统发光过程不同，CPL信号蕴含了激发态的手性结构信息，因而在三维显示、量子信息加密、生物传感及不对称光催化等前沿领域展现出巨大的应用潜力，近年来已成为手性光学与功能材料研究的热点方向之一。衡量CPL材料性能的关键参数主要有发光不对称因子（glum）和荧光量子产率（FLQY）。然而，在绝大多数分子体系中，电偶极跃迁与磁偶极跃迁之间的耦合极为微弱，导致glum值通常仅在10⁻⁵至10⁻²之间，远低于理论最大值±2。更为棘手的是，glum值与FLQY在分子层面上存在内在的制约关系，难以同步优化。研究表明，将发色团通过分子自组装有序构建为手性超分子结构是提升glum值的有效策略。尽管如此，如何在该类体系中同时实现高glum值和高FLQY，仍是当前领域亟待突破的关键挑战。

围绕上述问题，我院欧阳光辉课题组与合作团队近期在同步提升发光不对称因子与荧光量子产率方面取得了新进展，在化学领域综合期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上发表了题为“Ultrasound-Triggered Heterojunction Helices with Inverted Supramolecular Chirality and Significantly Amplified Circularly Polarized Luminescence”的研究论文。该工作提出了一种超声触发的多级次组装新策略，以丙氨酸修饰的四苯乙烯衍生物（TPEAla）为模型分子，通过将超声引入自组装过程，成功构筑了具有反转超分子手性的异质结螺旋结构，实现了CPL信号的显著放大，glum值高达0.2，同时荧光量子产率保持在50% 的较高水平，为突破CPL材料“高发光不对称因子与高发光效率难以兼得”的瓶颈提供了新思路。

研究发现，在常规加热-冷却过程中，TPEAla分子首先自组装为纳米螺旋；加入不良溶剂乙腈后，纳米螺旋进一步与残留单体共组装为微螺旋，仅表现出较弱的负CPL信号。然而，在加入乙腈后进行短时超声处理，分子组装路径发生了根本性改变，机械力促使残留的伸展单体转变为通过分子内氢键稳定的折叠构象；这些新生折叠单体在预形成的纳米螺旋两端进行定向组装，最终形成了主干和两端枝干旋向相反的异质结螺旋结构。实验结合密度泛函理论计算表明，超声机械力改变了分子内氢键的类型，从而重定向了自组装路径；而增强的发色团间相互作用与高度有序的树枝状螺旋结构共同促成了CPL的手性反转与信号放大。

中科院化学所与河北科大联合培养研究生李金奇、我院2025级研究生任静晓为论文共同第一作者，欧阳光辉教授为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中科院战略性先导科技专项资助。

文章链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.7074723

图文导读：

01

分子结构和多级次组装示意图

a. L-TPEAla和D-TPEAla的分子结构。
b. DFT优化的L-TPEAla空间填充模型。
c. 加热-冷却方案示意图：L-TPEAla在373 K下溶于DMSO，然后自然冷却至298 K，蓝色点和螺旋棒分别代表单体和纳米螺旋。
d. 加入MeCN（MeCN/DMSO = 2:3，v/v）并老化2小时后，倒置小瓶测试显示形成了有机凝胶，该凝胶由具有负CPL的左手性（M）微螺旋组成。
e. 加入MeCN并进行超声处理3-5分钟后，形成悬浮液，其中包含具有放大正CPL的手性异质结微结构。P表示右手性。

02

纳米螺旋的表征

a. 变温紫外-可见吸收光谱。
b. 变温荧光光谱。
c. L-TPEAla溶于D₆-DMSO后的变温核磁共振谱，图中绘制了质子A（图1a中标出）的积分值随温度和老化时间的变化。
d. L-TPEAla在DMSO中从373 K冷却至343 K最终至298 K的动态光散射数据（灰色虚线为中间温度曲线，插图示丁达尔效应）。冷却速率5 K/min。
e,f. 冷却至343 K（e）和298 K（f）的L-TPEAla组装体冷冻透射电镜图像，显示纳米螺旋的形成。
g,h. L-TPEAla（g）和D-TPEAla（h）组装体在冷却速率5 K/min下的变温圆二色光谱，虚线为不同温度下的中间曲线。
i. L-TPEAla（红线）和D-TPEAla（蓝线）组装体自然冷却至298 K后的圆二色光谱。[TPEAla] = 9.52 mM（DMSO），光程10 mm，荧光激发波长320 nm。

03

微螺旋和异质结螺旋的扫描电镜及荧光显微镜图像

a,b. L-TPEAla（a）和D-TPEAla（b）凝胶的SEM图像。
c. L-TPEAla凝胶的荧光显微镜图像。
d–g. L-TPEAla（d,e）和D-TPEAla（f,g）经40 kHz超声处理后所得悬浮液的SEM图像。
h,i. L-TPEAla悬浮液的明场（h）和荧光显微镜（i）图像。所有样品均在DMSO/MeCN（v/v, 3:2）中制备，[TPEAla] = 5.71 mM。

04

微螺旋和异质结螺旋的光学及手性光学性质比较

a. 紫外-可见吸收光谱。

b. 荧光光谱。

c. 荧光衰减寿命。

d. 圆二色光谱。

e. 圆偏振发光光谱（蓝线为微螺旋，红线为异质结螺旋）。

f. glum值和量子产率（蓝色柱为微螺旋，红色柱为异质结螺旋）。紫外-可见、荧光、CD和CPL测量的光程均为1 mm，量子产率和寿命测量光程为10 mm。

05

控制实验

a,b,d. 不同温度下异质结螺旋解组装和再组装的示意图（红点=折叠单体，蓝点=伸展单体）。
c,e. 将异质结螺旋加热至343 K后冷却至298 K（c）或加热至373 K后冷却至298 K（e）所得L-TPEAla组装体的SEM图像。
f. 异质结螺旋加热至343 K后的DLS数据。
g. 上述两种再组装产物的CPL光谱（343 K→298 K，蓝线；373 K→298 K，绿线）。[L-TPEAla] = 5.71 mM（DMSO/MeCN, v/v, 3:2）。
h. 在纯DMSO中经加热-冷却及超声处理所得L-TPEAla组装体的CPL光谱。[L-TPEAla] = 9.52 mM（DMSO）。CPL和DLS测量光程1 mm。

06

红外光谱、X射线衍射、计算模拟及自组装机制

a. 微螺旋（蓝线）和异质结螺旋（红线）的FT-IR光谱。

b. 粉末X射线衍射图谱。

c. 气相中DFT优化的L-TPEAla结构，显示通过分子内酰胺氢键形成的折叠构象。

d. 由伸展单体通过分子间氢键形成的I型二聚体的化学结构及DFT优化模型。

e. 体心立方（BCC）堆积形成手性微螺旋的示意图。

f. 由折叠单体通过分子内和分子间氢键形成的II型二聚体的化学结构及DFT优化模型。

g. BCC堆积形成手性异质结螺旋的示意图。

h. 能量景观示意图。