螺旋聚苯乙炔衍生物圆偏振发光材料的构象调控、 自组装与功能化

doi:10.7503/cjcu20260064

摘要/Abstract

摘要：

圆偏振发光(CPL)材料在三维显示、信息存储与手性传感等领域具有巨大潜力. 螺旋聚苯乙炔衍生物具有螺旋结构动态可调、侧基易于功能化等特点, 是构筑智能CPL材料的理想体系；其螺旋构象的精准调控及有序自组装是实现高性能CPL与功能集成的关键. 本文综合评述了螺旋聚(3,5-二取代苯乙炔)体系的研究进展, 重点阐述其通过分子内相互作用调控螺旋构象并实现圆偏振发光可逆转换的机制, 总结了该类聚合物通过自组装形成液晶相及二维纳米结构等超分子策略, 从而实现圆偏振发光信号放大的有效途径. 这些工作为实现从螺旋聚合物到宏观手性光功能材料的可控构筑提供了重要的方法与思路. 本文还介绍了聚(3,5-二取代苯乙炔)的CPL在手性识别检测和力致荧光变色等功能材料中的应用. 最后, 总结了当前该类材料在侧基功能拓展、固态器件制备及性能综合优化等领域面临的挑战, 并对未来发展方向进行了展望.

关键词: 聚苯乙炔, 圆偏振发光, 螺旋构象, 自组装, 手性识别

Abstract:

Circularly polarized luminescence（CPL） materials exhibit significant potential in applications such as three-dimensional displays， information storage， and chiral sensing. Helical polyphenylacetylene derivatives， featuring dynamically tunable helical structures and readily functionaliz able side chains， constitute an ideal platform for the construction of smart CPL materials. Precise control over their helical conformations and ordered self-assembly is essential for achieving high-performance CPL and functional integration. This article reviews the research progress of helical poly（3，5-disubstituted phenylacetylene） systems， with a particular emphasis on the mechanisms by which intramolecular interactions regulate helical conformations and enable reversible switching of circularly polarized luminescence. It further summarizes effective supramolecular strategies for CPL signal amplification， including self-assembly into liquid crystalline phases and two-dimensional nanostructures. These studies provide important methods and insights for establishing controllable construction routes from helical polymers to macroscopic chiral photonic functional materials. In addition， the applications of CPL-active poly（3，5-disubstituted phenylacetylene）s in functional materials， such as chiral recognition and detection as well as mechanochromic fluorescence， are introduced. Finally， this article summarizes the challenges currently faced by this class of materials in terms of side-chain functional expansion， solid-state device fabrication， and comprehensive performance optimization， and offers perspectives on future development directions.

Key words: Poly（phenylacetylene）, Circularly polarized luminescence, Helical conformation, Self-assembly, Chiral recognition

中图分类号:

O632

TrendMD:

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图/表 11

Fig.1 Four conformations of monosubstituted PA[33](A) and the reversible cc⁃ct conformational transformation of poly(phenylacetylene)[29](B)（A） Copyright 2021， Chinese Chemical Society；（B） Copyright 2016， American Chemical Society.

Fig.3 cc⁃ct conformational transition and electronic energy levels of PPA(A), chemical structure of polymer P1(B), CD spectra(C), fluorescence emission spectra(D) and calculated energy level variations of polyacetylene in the cc conformation(E), CPL spectra of the polymer(F), solvent effects on CPL(G) and temperature effects on CPL(H)[46]Copyright 2021， John Wiley & Sons Inc.

Fig.4 Chemical structures of P2⁃PFP and polymer P2(A), fluorescence results of P2⁃PFP after active ester⁃amine reactions with chiral amines(B), correlation between Xct and the CD and absorption spectra during the reaction(C), relationship between fluorescence emission and Xctafter the reaction(D), glum values of CPL spectra after active ester⁃amine reactions between the polymer and different amines(E)[47], schematic illustration of the self⁃assembly of P2 into chiral fibers(F) and TEM and AFM images of the chiral fibers formed after assembly of the P2 polymer(G)[48]（A—E） Copyright 2021， John Wiley & Sons Inc.（F， G） Copyright 2025， American Chemical Society.

Fig.5 Chemical structure of polymer P3(A), dependence of the fluorescence intensity at 570 nm on temperature upon addition of different volume fractions of methanol(B) and temperature dependence of CPL(C)[49]Copyright 2023， John Wiley & Sons Inc.

Fig.6 Characteristic fingerprint textures of the cholesteric liquid crystalline phase of polymer P1(A), CPL signals(B) and CD signals of the liquid crystalline film(C)[46]Copyright 2021， John Wiley & Sons Inc.

Fig.7 Chemical structure of polymer P4(A), schematic illustration of the self⁃assembled structures(B), hexagonal nanosheets observed by LSCM(C) and CPL spectra of the P4 polymer in solution and after self⁃assembly(D)[61]Copyright 2022， John Wiley & Sons Inc.

Fig.8 Chemical structure of polymer P5(A), schematic illustration of self⁃assembly into vortex⁃like lamellae(B), TEM image of the vortex⁃like lamellae(C) and CPL signals and corresponding glum values of the polymer in solution, in hexagonal two⁃dimensional structures and in vortex⁃like lamellae(D)[62]Copyright 2025， American Chemical Society

Fig.9 Schematic illustration of co⁃assembly of hexagonal assemblies of polymer P4 with gold nanorods(A) and corresponding TEM image(B), glum values of CPL for the polymer in solution, in two⁃dimensional assemblies and in co⁃assemblies with gold nanorods(C)[63]Copyright 2025， The Royal Society of Chemistry

Fig.10 Time⁃dependent evolution of CD signals during the reaction of P2⁃PFP with 1⁃cyclohexylethylamines of different chiralities(A), color changes(B), CD spectra(C) and fluorescence emission spectra(D) of P2⁃PFP after reaction with 3⁃methyl⁃2⁃butanamine with different ee values, correlation between glum values after the reaction and the ee values of the chiral amine reactants(F) and schematic illustration of conformational transition induced by post⁃polymerization modification(G)[47]Copyright 2021， John Wiley & Sons Inc.

Fig.11 Synthetic route of MFC elastomers(A), dumbbell⁃shaped elastomer(B) and relationship between the degree of stretching and fluorescence observed by the naked eye(C) and fluorescence emission spectra as a function of stretching(D)[71]Copyright 2025， John Wiley & Sons Inc.

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