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Nature Communications 13권, 기사 번호: 3492(2022) 이 기사 인용

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Clusteroluminogens는 응집체 형성으로 인해 공간 간 상호 작용을 통해 가시광선 및 고유한 전자 특성을 나타내는 일부 비공액 분자를 나타냅니다. 기존의 공액 발색단을 연구하기 위해 성숙하고 체계적인 분자 광물리학 이론이 개발되었지만 공간을 통한 상호 작용을 조작하여 클러스터형 발광단에 설계된 광물리적 특성을 부여하는 것은 여전히 ​​​​어려운 일입니다. 여기서는 공액되지 않은 공여체-수용체 구조와 서로 다른 할로겐화물 치환기를 갖는 3개의 클러스터루미노겐이 설계되고 합성됩니다. 이 화합물은 결정 상태에서 다중 방출과 심지어 단일 분자 백색광 방출을 나타냅니다. 이러한 방출의 강도 비율은 할로겐화물 원자와 여기 파장을 변경하여 쉽게 조작됩니다. 실험적 및 이론적 결과는 단파장 형광을 위한 공간 통과 공액, 장파장 형광을 위한 2차 공간 통과 상호 작용을 기반으로 하는 공간 통과 전하 이동, 실온 인광 등 이러한 다중 방출의 전자적 특성을 성공적으로 공개합니다. 클러스터루미노겐에 대한 2차 공간 통과 상호작용의 도입은 다양한 광물리적 특성을 풍부하게 할 뿐만 아니라 클러스터루미네선스에 대한 새로운 집합적 광물리학의 확립에 영감을 줍니다.

발광재료는 우리의 삶을 밝게 할 뿐만 아니라 암호화, 이미징, 센서 등 많은 첨단 기술 분야에서 광범위한 혁신을 가져옵니다1,2,3,4. 지난 수십 년 동안 효율적이고 다기능적인 유기 발광단의 설계를 안내하기 위해 TBC(through-bond conjugation)를 기반으로 한 분자 광물리학이 확립되었으며 확장된 π-공액 구조는 효율적인 발광 성능의 전제 조건으로 인식됩니다5,6 ,7. 그러나 일부 비공액 분자는 응집체 상태에서 가시광선을 방출하는 능력으로 인해 최근 상당한 주목을 받고 있습니다8,9,10. 예를 들어, 비공액 및 비방향족 폴리(아미도아민) 덴드리머 및 숙신이미드 유도체는 각각 클러스터링 상태에서 강한 청색 및 녹색 방출을 나타냅니다11,12,13. 이러한 비전통적 발광을 클러스터루루미네슨스(CL)라고 하며, 이러한 특성을 가진 발광단을 클러스터루루미노젠(CLgens)14,15,16이라고 합니다. 공액 방향족 고리를 가진 전통적인 발광단과 비교하여 CLgens는 더 나은 유연성과 가공성을 가지고 있습니다. 게다가 독성이 낮고 분해성이 뛰어나 무기 물질에 비해 생체 적합성이 우수하여 생물학적 응용을 위한 유망한 발광 재료로 활용됩니다.

그러나 전통적인 공액 발광단과 달리 TBC 기반 이론은 일반적으로 CLgen의 광물리적 동작을 설명하지 못합니다. 따라서 CL19에 대한 새로운 광물리학 이론의 구축이 시급히 필요합니다. 이전 보고서에 따르면 공간적으로 분리된 단위 사이의 TSI(공간 통과 상호작용)와 전자 결합/비편재화가 비공액 CLgens20,21,22의 가시 방출에 필수적인 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 페닐 고리가 포화 탄소에 의해 서로 분리되어 있는 1,1,2,2-테트라페닐에탄은 페닐 고리의 여기 상태 전자 중첩으로 인해 고체 상태에서 하늘색 방출을 나타냅니다. Tanget al. 또한 전자 밀도를 조정할 뿐만 아니라 여기 상태 기하학의 강성에 영향을 주기 위해 전자 기증 및 철회 그룹을 도입하여 TSI를 조절할 수 있는 가능성을 보여주었습니다. TSI 관련 연구에서 여러 성과가 나왔지만 분자 수준에서 TSI를 조작하여 CLgens의 광물리적 성능을 향상시키는 것은 여전히 ​​큰 과제입니다.