研究揭示金屬團簇“油到水”轉換熒光猝滅機理

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近日，安徽大學化學化工學院教授朱滿洲、康熙團隊聯合天津理工大學研究員匙文雄在金屬團簇熒光調控研究方面取得新進展。他們通過完成油相熒光團簇“油到水”的相態轉換，揭示了熒光團簇在相轉換過程中的熒光淬滅機理，為設計合成具有親水性應用的高熒光團簇材料提供新的思路。相關研究成果日前在線發表于《德國應用化學》，并被選作雜志封面。

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《德國應用化學》雜志封面圖。安徽大學供圖

油相熒光團簇的“油到水”相轉移過程常常伴隨著熒光猝滅，但其淬滅機理至今模糊不清，這限制了油相團簇的親水性應用。事實上，相對于親水性團簇，疏水性團簇具有更精確可控的分子結構以及更加清晰的熒光機制，其光學性能的調控更加容易。因此，將原子精確的油相團簇進行“油到水”相轉移，且在此過程中保持團簇的優異性能，是推動團簇材料進行生物、檢測等水相應用的重要手段。

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Ag29納米團簇在“油到水”相轉移過程中的光學調控示意圖。安徽大學供圖

此次工作中，研究人員深入研究表面羧基功能化的Ag29團簇的原子精確結構和光學性質，闡明了相態轉換過程中熒光猝滅機理，并成功構筑具有優異光學性能的兩親性熒光團簇。

研究人員首先合成出水油兩親的功能性Ag29團簇，隨后通過結構精確解析對其在“油到水”相轉移過程的熒光猝滅機理進行闡明，最終通過構筑團簇聚集體的方式實現了團簇在水相中的熒光恢復及增強。通過配體工程對Ag29團簇表面進行全羧基修飾，發現團簇全羧基功能化引發熒光強度的顯著提升。晶體結構表明，熒光提升來源于團簇表面結構的增強耦合。全羧基疏水性Ag29團簇在“油到水”相轉移時觸發熒光猝滅，多種手段證明團簇去質子化引起分子內解耦過程，繼而引發團簇表面結構疏散化以及輻射躍遷的淬滅。為解決此熒光淬滅問題，研究人員利用主客體化學方法引入水溶性谷胱甘肽誘導團簇聚集，并通過超分子再耦合對團簇分子內運動和分子間旋轉進行限制，增強了團簇的輻射躍遷，實現了團簇的光學恢復與增強。

研究人員介紹，該工作為原子精確金屬團簇的結構-光學相關性研究提供了新的視角，并有望為針對親水性應用的高熒光團簇材料的設計合成提供幫助。