配体工程增强金纳米团簇的聚集诱导发光

doi:10.7503/cjcu20250100

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 20250100.doi: 10.7503/cjcu20250100

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配体工程增强金纳米团簇的聚集诱导发光

叶伟卿¹^,⁶, 逯慧², 陈婉京¹, 李宁静¹, 张瑜³, 王丽华⁴, 李江⁴, 诸颖⁴, 李明强⁵, 樊春海⁵, 贾思思²(), 陈静⁴()

^1.中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
^2.张江实验室, 上海 201210
^3.中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
^4.上海大学理学院材料生物学研究所, 上海 201800
^5.上海交通大学化学化工学院, 上海 200240
^6.中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期:2025-04-03 出版日期:2025-08-10 发布日期:2025-04-21
通讯作者: 贾思思,陈静 E-mail:jiass@zjlab.ac.cn;chenjing929@shu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目(2023YFC3404200)

Aggregation Induced Emission Enhancement of Ligand-Engineered Au Nanoclusters

YE Weiqing¹^,⁶, LU Hui², CHEN Wanjing¹, LI Ningjing¹, ZHANG Yu³, WANG Lihua⁴, LI Jiang⁴, ZHU Ying⁴, LI Mingqiang⁵, FAN Chunhai⁵, JIA Sisi²(), CHEN Jing⁴()

^1.Shanghai Institute of Applied Physics，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201800，China
^2.Zhangjiang Lab，Shanghai 201210，China
^3.Shanghai Advanced Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201210，China
^4.Institute of Materials Biology，College of Sciences，Shanghai University，Shanghai 201800，China
^5.School of Chemistry and Chemical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China
^6.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2025-04-03 Online:2025-08-10 Published:2025-04-21
Contact: JIA Sisi, CHEN Jing E-mail:jiass@zjlab.ac.cn;chenjing929@shu.edu.cn
Supported by:
the National Key Research and Development Program of China(2023YFC3404200)

1. ESM to 20250100.pdf(1034KB)

摘要/Abstract

摘要：

金纳米团簇的聚集诱导发光特性在生物成像、化学传感和光电器件领域展现出重要的应用潜力. 然而, 如何通过有效设计增强金纳米团簇的聚集诱导发光性能仍具有挑战性. 本文报道了一种配体工程策略, 在Au₈纳米团簇中实现了显著的聚集诱导发光增强. 与溶液状态相比, 聚集态Au₈纳米团簇的量子产率提升约 90倍, 发射强度增强达560倍. 通过结合光学表征和聚集体系中亚稳态组分的追踪, 阐明了其聚集诱导发光机制. 由于该配体工程策略缩短了团簇间距(从1.31 nm压缩至0.72 nm), 进而有效了抑制分子间旋转/振动弛豫, 使得金纳米团簇的聚集诱导发光和结晶诱导发光均得到增强. 这种空间位阻缩减策略为精准调控金纳米团簇在聚集态和晶态的光致发光行为建立了新范式.

关键词: 配体工程, 光致发光, 聚集诱导发光, 原子精确, 金团簇

Abstract:

The aggregation-induced emission（AIE） properties of gold nanoclusters（Au NCs） exhibit significant potential for applications in bioimaging， chemical sensing， and optoelectronic devices. However， developing effective design strategies to achieve strong aggregation-induced emission enhancement（AIEE） in Au NCs remains a challenge. In this paper， we report a ligand engineering approach to achieve remarkable AIE enhancement in Au₈ nanoclusters. The quantum yield of aggregated Au₈ NCs showed a ca. 90-fold increase compared to their solution state， with corresponding emission intensity enhancement reaching ca. 560-fold. Through combined optical characterization and metastable component tracking in aggregated systems， we elucidate the underlying AIEE mechanism. Both AIEE and crystallization-induced emission enhancement（CIEE） were activated through ligand engineering， which facilitated （1） shortened inter-cluster distances（from 1.31 nm to 0.72 nm） and （2） effective suppression of intermolecular rotational/vibrational relaxation. This steric-hindrance-reduction strategy establishes a new paradigm for precise modulation of photoluminescence in gold nanoclusters across both aggregated and crystalline states.

Key words: Ligand engineering, Photoluminescence, Aggregation induced emission, Atomically precise, Gold nanocluster

中图分类号:

O614

TrendMD:

叶伟卿, 逯慧, 陈婉京, 李宁静, 张瑜, 王丽华, 李江, 诸颖, 李明强, 樊春海, 贾思思, 陈静. 配体工程增强金纳米团簇的聚集诱导发光. 高等学校化学学报, 2025, 46(8): 20250100.

YE Weiqing, LU Hui, CHEN Wanjing, LI Ningjing, ZHANG Yu, WANG Lihua, LI Jiang, ZHU Ying, LI Mingqiang, FAN Chunhai, JIA Sisi, CHEN Jing. Aggregation Induced Emission Enhancement of Ligand-Engineered Au Nanoclusters. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(8): 20250100.

图/表 5

Fig.1 Structures of Au8 nanoclusters modified by alkynyl ligands with different steric hindrance(A), ESI⁃MS mass spectra and structure diagrams of Au8⁃2⁃Ph(B), Au8⁃3⁃Ph(C) and Au8⁃4⁃Ph(D), absorption spectra of Au8 nanoclusters in CH2Cl2 solution(E), luminescence spectra of Au8 nanoclusters in CH2Cl2 solution(F) and in crystallization(G)（B）—（D） Red line： simulation result， black line： experimental result；（A） yellow： Au， blue and pink： P， gray： C， H atoms omitted for clarity.

Fig.2 PL spectra of Au8⁃4⁃Ph(A), Au8⁃3⁃Ph(B), Au8⁃2⁃Ph(C) in solution and aggregate states excited at 510 nm, plots of I/I0‒1 vs. hexane volume fractions of Au8⁃4⁃Ph(D), Au8⁃3⁃Ph(E) and Au8⁃2⁃Ph(F)Insets of （A—C）： photographs of Au8 NCs taken under 365 nm UV irradiation in different states；（D—F） I0 is the PL intensity in pure DCM solution.

Fig.3 Comparison of PL decays for Au8 NCs at 580 nm between solution and aggregated state(A—C) and comparison of PL decays for Au8 NCs at 700 nm between aggregated and crystalline state(D—F)Inset of （F）： PL decay for Au8-4-Ph in aggregated state.

Fig.4 SEM images of Au8⁃4⁃Ph(A), Au8⁃3⁃Ph(B) and Au8⁃2⁃Ph(C) nanoclusters in pure CH2Cl2, and SEM images of the microstructure of Au8⁃4⁃Ph(D), Au8⁃3⁃Ph(E) and Au8⁃2⁃Ph(F) nanoclusters in 80% hexane solvent

Fig.5 Hirshfeld surface analysis of Au8 NCs in dnorm(A—C), 2D fingerprinting plots of Au8 NCs(D—F), comparison the proportion of C…H/H…C(G) and C…C(H)in the fingerprint and the distance of adjacent clusters in the lattice(I)（I） Orange and blue： Au； gray： C； H， P and C atoms omitted for clarity.

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