自從上轉(zhuǎn)換圓偏振發(fā)光（UC-CPL）這一概念提出至今，基于不同發(fā)光機制的UC-CPL已被一一報道，受到廣泛關(guān)注。目前，所得到的發(fā)光不對稱因子(glum)普遍較低，尋找一種能夠提升UC-CPL的發(fā)光不對稱因子，并兼具良好發(fā)光效率的方法，已成為上轉(zhuǎn)換圓偏振發(fā)光領(lǐng)域的重要問題。

　　近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員段鵬飛團隊發(fā)現(xiàn)將上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNPs）和鈣鈦礦納米晶（CsPbBr₃）分散進手性向列相液晶（N*LC）中，通過粒子間發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移過程，能夠?qū)崿F(xiàn)g_lum數(shù)值高達1.1的上轉(zhuǎn)換圓偏振發(fā)光（圖1）。在這個過程中，CsPbBr₃的發(fā)光恰好位于光子禁帶的中心，因此獲得的上轉(zhuǎn)換圓偏振光具有最高的g_lum值。UCNPs的發(fā)光由于處在光子禁帶的邊緣而被增強，并能夠通過輻射能量轉(zhuǎn)移過程進一步增強CsPbBr₃的發(fā)光。這種設(shè)計克服了光子禁帶中心對發(fā)光的抑制，使CsPbBr₃的上轉(zhuǎn)換圓偏振發(fā)光在具備高g_lum值的同時具有較強的發(fā)光強度。此外，CsPbBr₃的上轉(zhuǎn)換圓偏振發(fā)光和能量轉(zhuǎn)移過程都能夠通過電場和外力進行調(diào)控。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2020, 32, 2000820）上。

　　圖1.CsPbBr₃和UCNPs在手性向列相液晶中發(fā)生輻射能量轉(zhuǎn)移過程的示意圖

　　近年來，段鵬飛研究團隊在構(gòu)筑高效圓偏振發(fā)光材料的研究中取得進展，實現(xiàn)了各種光物理過程直接對發(fā)光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)手性進行調(diào)控，從而發(fā)展了多種調(diào)制CPL發(fā)光性質(zhì)的方法。近期，研究團隊在Accounts of Chemical Research（2020, DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00112）上發(fā)表了題為New perspectives to trigger and modulate circularly polarized luminescence of complex and aggregated systems: energy transfer, photon upconversion, charge transfer, and organic radical的綜述文章，對研究團隊近幾年在圓偏振發(fā)光過程的光物理調(diào)控等方面的研究工作進行了總結(jié)和展望。能量轉(zhuǎn)移、基于三重態(tài)-三重態(tài)湮滅的光子頻率上轉(zhuǎn)換、分子間電荷轉(zhuǎn)移和有機自由基發(fā)射等，這些光物理過程可以對單重、雙重以及三重激發(fā)態(tài)手性產(chǎn)生影響。通過對這些光物理過程的調(diào)控，可以實現(xiàn)圓偏振發(fā)光不對稱因子的顯著放大（圖2）。通過光物理過程對手性系統(tǒng)激發(fā)態(tài)的直接調(diào)控，為了解和調(diào)節(jié)CPL性質(zhì)提供了新的研究視角，并將有助于開發(fā)智能手性光學(xué)材料。

　　圖2.各種激發(fā)態(tài)的不同光物理過程對其手性的影響以及對CPL性質(zhì)的調(diào)控

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、科技部重點研發(fā)計劃等的支持。