对称性破缺诱导单荧光组分分子激发波长依赖多色发光

有机荧光材料（OFMs）多为“固定发射”，在多功能场景中的适配性受限。相较之下，激发依赖型（Ex-de）材料可随激发波长动态、可逆地呈现多色发光，在防伪、加密/解密、传感等方面潜力巨大。然而，现有实现路径多依赖多发光体的共结晶/共聚或固态聚集构筑，易引入色彩老化、相分离与稳定性下降，且常需晶体堆积才能稳定多构象，难以兼顾溶液、非晶与晶态“三态”普适性。为此，亟需一种在“单分子、跨形态”层面调控激发态弛豫通道的普适策略。

本工作报道了一种“分子对称性破缺”策略：通过在三脚架式星形骨架中引入体积庞大的 o-carborane–芳基分支，设计合成分子 Ph-3CP，使三支非平面分支在空间受限下形成“本征不等价性”，由此在单一化学实体中丰富可达的激发态电子过程。该分子在溶液、非晶和晶体三种形态下均表现出近 175 nm 的宽谱 Ex-de 多色发光；通过改变结晶溶剂获得四种多晶型，直接捕获多种不对称构象，为理论预测的对称性破缺提供实证支撑。体系层面的构效研究表明，Ph-3CP 存在局域激发（LE）与两类电荷转移（CT1/CT2）三种 S₁ 态，并可沿两条主导弛豫路径（LE↔CT1、LE↔CT2）选择性辐射跃迁；时间分辨与瞬态吸收进一步揭示了 LE→CT2 的动力学演化，以及对应寿命（如 ~0.25 ns、~3.88 ns 与 ~36.02 ns 的多时标特征），明确多色发光的“单分子起源”和“跨形态复现”。

图1激发波长依赖多色发光分子设计策略。（a-d）已报道的激发波长依赖多色发光分子体系示意图；（e）对称性破缺的星型分子结构设计示意图

图2 单组分阵列型荧光传感器应用。（a）Ph-3CP 硅胶粉对烷烃、BTEX以及氯代烃饱和蒸气的可视化响应示意图（λ_ex = 365 nm）；（b）单组分阵列型荧光传感器装置示意图；（c）传感器对六种氯代烃的响应曲线；（d）基于二维主成分分析与（e）层次聚类分析区分六种氯代烃蒸气

第一作者：陕西师范大学博士研究生林思敏、王旭彬

通讯作者：陕西师范大学房喻院士、彭浩南教授、彭灵雅讲师

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63519-7

供稿人：彭灵雅