تمكين توهج عضوي أزرق دائري الاستقطاب قوي من خلال صبغة كيرالية معزولة ذات احتواء ذاتي Enabling robust blue circularly polarized organic afterglow through self-confining isolated chiral chromophore

المجلة: Nature Communications، المجلد: 15، العدد: 1
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47240-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38594234
تاريخ النشر: 2024-04-09

تمكين توهج عضوي أزرق دائري الاستقطاب قوي من خلال صبغة كيرالية معزولة ذات احتواء ذاتي

تاريخ الاستلام: 12 نوفمبر 2023
تم القبول: 25 مارس 2024
نُشر على الإنترنت: 09 أبريل 2024
(أ) التحقق من التحديثات

مينجيان زينغ ويغوانغ وانغ شومان زانغ Zhisheng Gao ينغمينغ يان ييتونغ ليو يولونغ تشي شين يان وي زهاو شين زانغ نينغ نينغ قوه هوانهوان هوي غاوزهان شيا يى تاو رانفنج تشين © و وي هوانغ ®

الملخص

إن إنشاء نظام توهج عضوي مستقطب دائريًا بمستويات طاقة ثلاثية مرتفعة، وانتقالات غير إشعاعية مكبوتة، وفعالية في اللولبية، وهي ثلاثة متطلبات حاسمة لتحقيق توهج أزرق مستقطب دائريًا، قد شكل تحديًا كبيرًا. هنا، يتم الكشف عن نهج بسيط لتحقيق مواد توهج أزرق مستقطب دائريًا من خلال حصر كيميائي ذاتي للمادة الملونة اللولبية المعزولة داخل مصفوفة بوليمرية. إن تشكيل روابط هيدروجينية قوية داخل المصفوفة البوليمرية يمنح حالة جزيئية معزولة ومستقرة بشكل واضح للكروموفورات اللولبية، مما يمنح نطاق انبعاث أزرق عند 414 نانومتر، ومدة حياة تبلغ 3.0 ثانية، وعامل عدم التماثل اللمعي لـ باستخدام التألق المتناغم وانتقال الطاقة الكيرالية، يتم تزويد أنظمة التألق الدائري الملون بالكامل عن طريق إضافة جزيئات فلورية ملونة إلى بوليمرات زرقاء مصممة، مما يعزز التطبيقات المتنوعة. تمهد هذه الدراسة الطريق لتصميم مبسط لمواد التألق الدائري الملون الأزرق، موسعة آفاق مواد التألق الدائري الملون إلى مجالات متنوعة.

الضوء المتلألئ المستقطب دائريًا باللون الأزرق، وهو أحد الألوان الأساسية الثلاثة، له أهمية قصوى في التطبيقات المتعلقة بالشاشات المجسمة ذات الألوان الكاملة، وتسجيل البيانات متعددة الألوان، ومكافحة التزوير، بالإضافة إلى التصوير البيولوجي والاتصالات البصرية. تم تحضير مواد CPL عضوية زرقاء متنوعة بما في ذلك الفلورية معقد معدني والفلوريسcence المتأخرة المنشطة حرارياً (TADF) المواد التي تم استخدامها في ترانزستورات تأثير المجال الصمامات الثنائية العضوية الباعثة للضوء وتخزين المعلومات مؤخراً، حظيت المواد العضوية المتلألئة المستقطبة دائرياً (CPOA) باهتمام كبير كحقل بحث متقدم بسبب خصائصها الضوئية الاستثنائية لتطبيقات واعدة في مجالات متنوعة. لتصميم وتطوير مواد CPOA، هندسة السلاسل الكيرالية بلورة مشتركة أيونية البلمرة ، و
استراتيجيات المضيف-الضيف متعددة المكونات تم اقتراحها. على الرغم من تحقيق إنجازات ملحوظة في تمكين مواد CPOA، لا يزال تطوير مواد CPOA الزرقاء ذات العمر الطويل بشكل استثنائي والتماثل الفعال يمثل تحديًا كبيرًا، ناهيك عن تحقيق ألوان انبعاث CPOA قابلة للتعديل.
يجب تلبية ثلاثة متطلبات ضرورية لتحقيق انبعاث CPOA. أولاً، من الضروري إدخال الكيرالية الفعالة في الكروموفورات الفوسفورية المتلألئة. ثانيًا، من الضروري تعزيز توليد الإثارة الثلاثية من خلال تسريع الانتقال بين الأنظمة (ISC) من الحالة المثارة الأحادية إلى الحالة المثارة الثلاثية. وأخيرًا، فإن استقرار الإثارات الثلاثية للفوسفور من خلال بناء بيئات جزيئية مستقرة وصلبة لقمع مسارات الانحلال غير الإشعاعي هو أمر في غاية الأهمية. من الناحية المأثورة، فإن الإثونات الثلاثية تُستنفد بسهولة.
من خلال قنوات انتقال غير إشعاعية متنوعة بما في ذلك تدمير الثلاثيات وإخماد اللمعان يمكن أن تكون إحدى الطرق الممكنة لتعزيز انبعاث CPOA من خلال هندسة البلورات الكيرالية، والتي تتضمن القفل بين الجزيئات والتكديس لتقليل الانتقالات غير الإشعاعية للثلاثي الإثارة. . ومع ذلك، فإن هذه التكتيك الذي يعتمد على ترتيب جزيئات متراصة قد يؤدي إلى فقدان الإثارات الثلاثية من خلال تدمير الإثارات الثلاثية، مما يؤدي إلى تحول الطيف نحو أطوال موجية أطول في انبعاث الوهج اللاحق، مما يجعل تطوير CPOA الأزرق طويل العمر تحديًا. ومن الجدير بالذكر أنه مقارنة بالحالة المجمعة في البلورة الجزيئية يمكن أن يشهد انبعاث CPOA ليس فقط انزياحًا نحو الأزرق عندما يتم حصر جزيء واحد بشكل مناسب داخل مصفوفة بوليمر، ولكن أيضًا يمكن أن يعزز استقرار الإثارات الثلاثية لفترة حياة طويلة جدًا. استنادًا إلى هذه الرؤى، اقترحنا استراتيجية تتضمن الحصر الذاتي للكروموفورات الحلزونية المعزولة داخل مصفوفة بوليمر صلبة لتقليل الانتقالات غير الإشعاعية من أجل تعزيز بوليمرات CPOA الزرقاء بشكل فعال (الشكل 1أ). في هذا العمل، تظهر بوليمرات CPOA الزرقاء فترات حياة طويلة جدًا تصل إلى 3.0 ثوانٍ وعامل عدم التماثل اللمعي الأقصى. قيمة لـ بشكل أكثر إثارة، مع مساعدة تأثير الوهج التآزري ونقل الطاقة الكيرالية (SACET)، تم تحقيق بوليمرات CPOA كاملة الألوان مع قابلية ضبط اللون من خلال إضافة مواد فلورية قابلة للذوبان في الماء متاحة تجارياً، مما يظهر انبعاث CPOA باللون الأخضر والأحمر وحتى الأبيض مع عمر يصل إلى 2.1 ثانية (الشكل 1ب). لا توفر هذه النتائج فقط طريقة قابلة للتطبيق لتطوير مواد CPOA زرقاء، بل تشير أيضاً إلى جدوى استراتيجية SACET لبناء مواد CPL كاملة الألوان.

النتائج

تصميم المواد وتخليقها

كإثبات للمفهوم، سلسلة من بوليمرات CPOA -PAMCOOCzx (الشكل 1أ) تم تخليقه من خلال بلمرة التفاعل الجذري. في هذا
تصميم، زوج من الإناتوميرات ذات مستوى طاقة ثلاثي عالي (الأشكال التكميلية 1-15)، -((2-(9H-carbazol-9-yl) بروبانويك) أوكسي) إيثيل أكريلات مع تم اختيارها كالمونومر المنبعث للضوء الأزرق، الذي يظهر في الوقت نفسه خصائص فوسفورية جيدة ويمتلك خاصية اللولبية. تم اختيار بولي أكريلاميد (PAM) كشبكة لأنه لا يمكنه فقط تعزيز عملية التحويل الداخلي للحالة (ISC) بشكل فعال لتوليد الإثارات الثلاثية، بل يمكنه أيضًا تشكيل شبكة قوية من الروابط الهيدروجينية لتقييد الصبغة الزرقاء مما يمنع الانحلال غير الإشعاعي للإثارات الثلاثية.

الخصائص الفوتوفيزيائية لبوليمر CPOA الأزرق

لضمان النقاء الشكلي، فإن الفصل الشكلي لـ و تم إجراء VCOOCz. كانت قيم الفائض الإنانيوميري لـ VCOOCz و -VCOOCz تم حسابها لتكون و (الشكل التكميلي 14). علاوة على ذلك، فإن طيف التمايز الدائري المحسوب (CD) (الشكل التكميلي 15 والبيانات التكملية 1) لـ VCOOCz و -VCOOCz تتوافق مع الأطياف التجريبية، مما يؤكد التكوين المطلق لـ -VCOOCz و VCOOCz. بوليمرات كيرالية -بامكووكzx تمت تخليقها من خلال تفاعل التبلمر الثنائي الجذري باستخدام المونومر المركزي الكيرالي المصمم ذاتيًا لـ -VCOOCz وأكريلاميد (AM) (الشكل التكميلي 1) بنسبة تغذية مولية 1:50 -بامكووكز ), 1:100 ( -بامكووكز ), 1:200 ( -بامكووكز ) و 1:400 ( تم تأكيد خصائص التركيب للوحيد الشيرالي المستهدف والبوليمرات بواسطة مطيافية الرنين المغناطيسي النووي، وحيود الأشعة السينية البودرة، والكروماتوغرافيا على الهلام (الأشكال التكميلية 1-17 والجدول التكميلية 1).
-بامكووكز تظهر طيف الامتصاص الذي يهيمن عليه الكاربازول في كل من المحلول والفيلم الرقيق غير المتبلور، والذي يظهر
الشكل 1 | بناء بوليمرات CPOA الزرقاء لتمكين انبعاث توهج دائري كامل الألوان. أ تصميم بوليمر CPOA الأزرق من خلال الاحتجاز الذاتي التساهمي للكروموفورات الدائرية المعزولة داخل مصفوفة بوليمرية.
تألق تآزري بعدي وانتقال طاقة اللولبية (SACET) لتحقيق بوليمرات CPOA كاملة الألوان. هياكل جزيئية لـ PAMCOOCz الأصباغ الفلورية صوديوم الفلورسئين (Fluc)، رودامين 123 (Rh123)، وسولفورودامين (SR101).
نطاق الامتصاص عند و نطاق الامتصاص بالقرب من 330 نانومتر (الشكل التوضيحي 18)، مما يشير إلى أن الكاربازول هو الوحدة الرئيسية للامتصاص والكروموفور. عند تحفيز الضوء فوق البنفسجي بزاوية 254 نانومتر، تم تسجيل توهج أزرق مكثف مع قمم انبعاث عند 364 نانومتر وأوقات حياة تبلغ 12.9 نانوثانية و11.7 نانوثانية في – و -بامكووكز الأفلام (الشكل 2أ، ب والشكل التكميلي 19). من المثير، أنه بعد توقف ضوء الإثارة، يمكن ملاحظة توهج أزرق طويل الأمد بشكل واضح بالعين المجردة تحت ظروف البيئة المحيطة (الشكل التكميلي 19)، مع عرض قمم انبعاث عند 414 و442 و470 نانومتر (الشكل 2أ) مع أعمار ، و 3.1 ثانية بالإضافة إلى ، و 3.0 ثواني لـ – و -بامكووكز الأفلام (الشكل 2c والجدول التكميلي 2) على التوالي. تظهر طيفيات CD منحنيات متماثلة، وهو ما يتماشى مع طيفيات الامتصاص لـ -بامكووكز أفلام، تقترح إدخال الكيرالية بنجاح في التوهج الأزرق. -بامكووكز البوليمرات (الشكل التوضيحي 20). تكشف طيف CPL عن إشارة قوية ومعكوسة (الشكل 2d، اللوحة العلوية) تظهر قمم انبعاث رئيسية عند 364 نانومتر مع قيم من و وتمتاز قمم انبعاث الكتف عند 442 نانومتر بـ قيم من و لـ – و -بامكووكز الأفلام (الشكل 2د، اللوحة السفلية)، على التوالي. تشير هذه النتائج إلى تحقيق بوليمر CPOA الأزرق.
لتحقيق دراسة منهجية حول تأثير نسب التغذية المولارية على انبعاث CPOA الأزرق، تم استخدام البوليمرات الكيرالية مع نسب تغذية مولارية مختلفة بين -تم بناء VCOOCz و AM. بالنظر إلى الخصائص الضوئية الفيزيائية المتشابهة إلى حد كبير لـ – و -بامكووكز أفلام تم اختيار بوليمرات -PAMCOOCzx كنموذج للبوليمرات (الأشكال التكميلية 21 و 22) لإجراء التحقيقات. يتم تعزيز شدة التوهج بعد الانتهاء وإشارات CPL أولاً عندما تكون نسب التغذية المولية لـ -VCOOCz/AM يرتفع من 1: 50 إلى 1: 100؛ ومع ذلك، مع زيادة أخرى في نسبة التغذية من -VCOOCz/AM من 1: 100 إلى 1 :
200 و 1: 400، تتناقص شدة الوهج بعد الانتهاء وإشارات CPL تدريجياً. تشير هذه النتائج إلى أن صلابة -بامكووكز الفيلم يثبط التحلل غير الإشعاعي للإثارات الثلاثية، مما يمكّن من إطالة عمرها، وزيادة شدة التوهج اللاحق، بالإضافة إلى تحسين خصائص CPL. يجب ملاحظة أنه مع زيادة محتوى AM، تتعزز الروابط الهيدروجينية في الأفلام البوليمرية المقابلة بشكل كبير، مما يحقق أعمار متطابقة ومعدلات تحلل غير إشعاعي (الجدول التكميلي 3) في S-PAMCOOCz. الأفلام؛ ومع ذلك، فإن تركيز الكروموفورات الكيرالية -VCOOCz قد انخفض، مما أدى إلى انخفاض كبير في شدة التوهج اللاحق وإشارات CPL. بالنظر إلى الطيف DC المماثل (الشكل التوضيحي 22)، فإن شدة CPL الأعلى تمنح شدة أعلى ، مما يعزز الـ القيم بالترتيب بامكووكز . لذلك، – و بامكووكز تقدم الأفلام أفضل خصائص CPOA وبلغت PLQY الخاصة بها و على التوالي (الجدول التكميلي 4). ومن الجدير بالذكر أن التفاعل المشترك أكثر فعالية بكثير من نظام البوليمر الممزوج بشكل فيزيائي من PAM و -VCOOCz في منح انبعاث CPOA (الشكل التكميلي 23).
في ضوء التألق الممتاز وشخصيات CPL، تم اختيار الأفلام كنماذج بوليمرية للتحقيق في خصائص CPOA الزرقاء. تؤكد طيف الانبعاث الزمني (TRES) أن -بامكووكز تتمتع الأفلام بتألق بعدي قوي ومستقر (الشكل 2e والشكل التوضيحي 24). كما هو موضح في طيف انبعاث PL المتأخر عن الإثارة (الشكل 2f والشكل التوضيحي 25)، يمكن تحفيز CPOA الأزرق بفعالية بواسطة ضوء UV يتراوح من مع ضوء تحفيز مثالي عند 299 نانومتر. من المثير للاهتمام أن طيف PL المتأخر للتحفيز يظهر قمم انبعاث عند 414 و442 و470 نانومتر في -بامكووكز الأفلام متشابهة إلى حد كبير، مما يشير إلى أن هذه القمم الثلاثة للإصدار ( ، و470 نانومتر) تنشأ
الشكل 2 | الخصائص الفوتوفيزيائية لبوليمر CPOA الأزرق -بامكووكز أفلام تحت ظروف محيطة. طيف PL في حالة الاستقرار (الخط الأزرق) (SSPL) وطيف PL المتأخر (الخط الأحمر). ب، ج ملفات انحلال الفلورسنت (ب) والضوء المتبقي (ج). د CPL (اللوحة العلوية)
من نفس الكروموفور (الشكل التوضيحي 26). لمزيد من التحقيق في مصدر اللمعان لـ -بامكووكز أفلام، طيف منخفض الحرارة من -مونومر VCOOCz، -بامكووكز ، وتم إجراء PAM (الشكل التوضيحي 27). طيف PL المتأخر عند درجة حرارة منخفضة (77 كلفن) لـ -VCOOCz في محلول مخفف وفيلم مضاف إليه بوليميثيل ميثاكريلات متسقة مع هذه الأفلام عند 77 كلفن ودرجة حرارة الغرفة، مما يظهر أن ذروة انبعاث الوهج الأزرق بعد الانتهاء تكون عند 414 و442 و470 نانومتر ومستوى الطاقة الثلاثي العالي 3.0 إلكترون فولت. بالنظر إلى النتائج المجمعة للخصائص الضوئية الفيزيائية المتطابقة تقريبًا بين -بامكووكز و VCOOCz وقمة انبعاث أوسع عند من أفلام PAM، يجب أن يكون الأصل المتلألئ لبوليمر CPOA الأزرق هو الشيرال المعزول -VCOOCz صبغة. هذه الصبغة المعزولة ذاتية الاحتواء تم تأكيد مونومر -VCOOCz بشكل إضافي من خلال قياسات انتشار الأشعة السينية ذات الزاوية الواسعة (الشكل التكميلي 28)، حيث تظهر أنماطًا متطابقة تقريبًا مع تلك الخاصة بفيلم PAM. فقط قمم انتشار أوسع عند الناشئة من فيلم PAM يتم ملاحظتها .

عرض وتحقيق في SACET

الاستفادة من انبعاث الوهج الأزرق الجيرالي مع عمر طويل للغاية يبلغ 3.0 ثوانٍ ووجود الجيرالية بأقصى من بالإضافة إلى الذوبانية في الماء، طيف انبعاث الوهج الواسع الذي يمتد من وقوة التذبذب المقبولة، -بامكووكز يمكن أن تكون منصة استضافة مثالية لبناء بوليمرات CPOA كاملة الألوان عند الطلب مع انبعاث بعد التوهج قوي وقابل للتعديل. “. لذلك، فإن الأصباغ الفلورية القابلة للذوبان في الماء التجارية من فلوريسئين الصوديوم (Fluc، رودامين 123 (Rh123، )، وسلفو-رودامين (SR101، تم اختيار ( ) كضيوف لتطوير بوليمرات CPOA ذات الألوان الكاملة بسبب التداخل الكبير في الطيف بين طيف الوهج اللاحق لمتبرع الطاقة. -بامكووكز (المضيف) وطيف الامتصاص لمستقبل الطاقة (الضيف الفلوري) ، على التوالي. يمكن أن تحافظ الأطياف المتداخلة بشكل جيد على SACET الفعال من المضيف إلى الضيف (الشكل 3 أ والشكل التكميلي 29). بالإضافة إلى ذلك، فإن كل من المضيف والضيف قابلان للذوبان في الماء، مما يؤدي إلى توافق جيد لنظام المضيف-الضيف الممزوج جسديًا لتقصير المسافة بين المانحين والمستقبلين من أجل تعزيز كفاءة ET بشكل أكبر. تجريبيًا، لتأكيد SACET، تم تصنيع أفلام Fluc/R-PAMCOOCz بتركيزات مختلفة من وزن Fluc عن طريق خلط وتبخير المحلول المائي لـ Fluc و -بامكووكز كما هو موضح في الشكل 3ب، بالإضافة إلى الانبعاث الأزرق من -بامكووكز تم العثور على قمم مضيئة جديدة في كل من طيف الانبعاث الضوئي السريع وطيف الانبعاث الضوئي المتأخر في Fluc/R فيلم. بالمقارنة مع ذروة الانبعاث لـ Fluc في المحلول المائي وفيلم بولي (فينيل الكحول) المدعوم (الشكل التكميلي 30)، يجب أن تكون ذروة اللمعان الجديدة التي ظهرت عند 555 نانومتر في طيف SSPL وطيف PL المتأخر لفيلم Fluc/R-PAMCOOCz ناتجة عن Fluc؛ ومع زيادة تركيزات Fluc، تزداد شدة ذروة الانبعاث عند تزداد تدريجياً بينما الانبعاث من قد انخفض، مما يدل على حدوث ET المحتمل من -بامكووكز إلى Fluc. بالمقارنة مع انبعاث SSPL (الشكل التكميلي 31a)، فإن انبعاث الوهج بعد الانفجار من -بامكووكز تقريبًا اختفى في Fluc/R-PAMCOOCz فيلم عندما زادت تركيزات المنشطات من فلوق إلى ، مما يدل على فعالية نقل الطاقة لتحقيق انبعاث توهج قابل للتعديل. في النهاية، يتحقق التوهج من تحول من الأزرق إلى الأصفر-الأخضر (الشكل 3c).
لتحقيق في آلية النقل الإلكتروني المحددة بعمق، تم قياس أعمار Fluc/R-PAMCOOCz تم تحليل الأفلام. عند زيادة تركيزات Fluc من 0 إلى تم تقليل أوقات الحياة من 12.9 نانوثانية إلى 9.4 نانوثانية لقمم انبعاث الفلورسنت عند 364 نانومتر ومن 3.0 ثوانٍ إلى 2.0 ثوانٍ لقمم انبعاث التوهج اللاحق عند 414 نانومتر (الشكل التكميلي 31ب والشكل 3د)، على التوالي. تؤكد هذه النتائج أن عملية نقل الطاقة غير الإشعاعية يجب أن تكون مسؤولة عن هذا الانبعاث التوهجي الطويل للغاية من Fluc. أوقات حياة التوهج اللاحق لقمم الانبعاث طويلة العمر عند 555 نانومتر تزيد عن 1.8 ثانية (الشكل 3هـ والجدول التكميلي 5). وفقًا لوقت الحياة المتوسط المقاس ( ) من Fluc/
تظهر الأفلام عند ذروتي الانبعاث عند 364 و414 نانومتر، وتم حساب كفاءات نقل الطاقة الفلورية وما بعد التوهج لتكون 27.1% و64.3%، على التوالي (الجدول التكميلي 6). بالمقارنة مع كفاءة نقل الطاقة الفلورية، يجب أن تكون كفاءة نقل الطاقة بعد التوهج المعززة بشكل كبير بسبب تداخل الطيف الأكبر بين انبعاث ما بعد التوهج لـ -بامكووكز وطيف الامتصاص لـ Fluc. علاوة على ذلك، يظهر TRES لفيلم Fluc/R-PAMCOOCz توهجًا مستمرًا وبارزًا مع إطالة زمن التأخير (الشكل التكميلي 32)، مما يشير إلى استقرار توهج اللمعان الفائق الطويل المحفز من Fluc، مما يوضح أن استراتيجية ET يجب أن تكون وسيلة بديلة لتعديل لون التوهج. مع زيادة تركيزات Fluc، تزداد كفاءات الفوتولومينسنس الكمومية لـ Fluc/R-PAMCOOCz تم زيادة النظام أيضًا من إلى (الجدول التكميلي 4). طيف الانبعاث الضوئي المتأخر عن الإثارة لـ -بامكووكز و فلوق -بامكووكز (الشكل 3f) متطابقة تقريبًا، حيث تظهر طيف PL المتأخر عن الإثارة مشابهًا جدًا مع طول موجة الإثارة الفعالة من 208 نانومتر إلى 362 نانومتر. بالمقابل، لا يمكن ملاحظة توهج بعد الإثارة عندما تتراوح طول موجة الإثارة من 400 نانومتر إلى 450 نانومتر حيث يظهر Fluc قدرات امتصاص قوية، مما يشير إلى أن الإثارات الثلاثية ذات العمر الطويل للغاية لـ Fluc/R-PAMCOOCz يجب أن تُنسب الأفلام إلى توهج ما بعد ET من -بامكووكز إلى Fluc بدلاً من الإثارة المباشرة لـ Fluc. الـ Fluc/S-PAMCOOC تمنح الأنظمة تباينات طيفية مشابهة عند تعديل تركيزات الشوائب في Fluc.
نظرًا لأن أفلام Fluc/R-PAMCOOCz و Fluc/S-PAMCOOCz تعزز عملية التألق الفعالة وتألق ما بعد الوميض، تم التحقيق بعد ذلك في خصائص نقل الطاقة اللولبية لها. بالمقارنة مع -بامكووكز في الفيلم، يتم ملاحظة قمة جديدة عند 555 نانومتر بعد التحفيز بواسطة ضوء 280 نانومتر. مع زيادة تركيزات Fluc في Fluc/R-PAMCOOCz الفيلم، يتم العثور على إشارات CPL المعززة التي تنشأ من 555 نانومتر بينما تكون إشارات CPL لـ -بامكووكز فيلم في المناطق من تقلصت تدريجياً (الشكل 3 ج والشكل التوضيحي 33أ). بعد مساعدة فلوك، إشارة CPL لـ -بامكووكز تقريبًا تختفي، ولا يُحتفظ إلا بإشارة CPL قوية عند 555 نانومتر مع قيم من و على التوالي (الشكل 3h و i والشكل التكميلي 33b). أي أن اللولبية لـ -بامكووكز تم نقلها بنجاح إلى Fluc. تتوافق هذه النتائج جيدًا مع تغير انبعاث SSPL لـ Fluc/R-PAMCOOCz. الأفلام (الشكل التوضيحي التكميلي 31a). ومن الجدير بالذكر أن طيف الدائرة الكهربية (الشكل التوضيحي التكميلي 34) لـ Fluc المدعوم -بامكووكز الأفلام مشابهة لطيف CD المقابل لـ -بامكووكز الأفلام (الشكل التوضيحي 20) واستخدام ذروة الامتصاص القوية عند 460 نانومتر لـ Fluc كطول موجي للتحفيز (الشكل 3a) لم يتمكن من تحفيز انبعاث CPL لـ Fluc/S-PAMCOOCz. (الشكل التوضيحي 35)، مما يؤكد أن الكيرالية في أنظمة Fluc المضافة تنبع من الكيرالي -بامكووكز مضيفين .

تمكين بوليمرات CPOA متعددة الألوان

لإظهار قدرة جامعة SACET على تحقيق تنوع واسع في الألوان. تم اختيار Rh123 غير الكيرالي و SR101 كضيوف فلورية لتحضير الأفلام الرقيقة نظرًا لأن طيف امتصاصهما يمنح تداخلًا طيفيًا ملائمًا مع انبعاث الوميض. بامكووكز الأفلام. كما هو متوقع، بلغت ذروة انبعاث اللمعان الحلزوني البرتقالي والأحمر عند 574 نانومتر و640 نانومتر، وهو ما يتوافق مع قمم اللمعان لـ Rh123 وSR101، وتم ملاحظته في 0.1 wt.% من Rh123 وSR101 المدعمة. -بامكووكز الأفلام، على التوالي (الشكل 4 أ والشكل التكميلي 36). مقارنةً بـ -بامكووكز الفيلم، تم العثور على انخفاض كبير في كثافات PL المتأخرة وأوقات الحياة في قمم الانبعاث عند 414 نانومتر في الأفلام المدعومة بـ Rh123 و SR101 (الشكل 4b)، مما يثبت حدوث ET بعد الوميض. يمكن التحقق من هذا ET بشكل أكبر من خلال طيف PL المتأخر عند الإثارة ورسم الانبعاث، الذي يظهر طول موجي للإثارة مشابه جدًا لذلك لـ -بامكووكز المضيف (الشكل 4e و f والشكل التوضيحي 37). نظرًا لأن تركيز الشوائب للضيف ضروري لتمكين CPOA متعدد الألوان، فإن SR101 المخلوط أفلام بتركيزات الوزن من
الشكل 3 | عرض وتحقيق SACET. أ طيف PL المتأخر لـ فيلم (زمن التأخير، 10 مللي ثانية) وطيف الامتصاص للمحاليل المائية ) من Fluc. ب- طيف PL المتأخر (ب)، اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) 1931 (ج)، ملفات زوال العمر عند 414 نانومتر (د) و 555 نانومتر (هـ) من
فلوق/آر-بامكووكز بتركيزات مختلفة. طيف انبعاث PL المتأخر بسبب الإثارة لـ فلوق -بامكووكز فيلم. طيف CPL ( ) و قيم (h) لـ Fluc/R-PAMCOOCz أفلام بتركيزات من المنشطات و 0.1 وزناً%. i الرسم التخطيطي لآلية SACET.
وزن ، و تم إعدادها؛ كما هو موضح في الشكل التكميلية 38، SR101/R-PAMCOOCz الفيلم يظهر زيادة كبيرة في انبعاث SSPL والوهج اللاحق الذي ينشأ من SR101، مما يشير إلى أن تركيز التعديل الأمثل هو . علاوة على ذلك، والمخلوط SR101 -بامكووكز تحصل الأفلام على توهج طويل وثابت بعد اللمعان (الشكل التكميلي 32) وتظهر أعمارًا طويلة للغاية تبلغ 1.9 و 2.2 ثانية (الشكل 4c، d والجدول التكميلي 7).
كما هو متوقع، عندما وتم إضافة SR101 إلى بامكووكز الأفلام، إشارة CPL نشأت من بامكووكز قد انخفض بشكل كبير، بينما تم ملاحظة نطاقات انبعاث جديدة ناتجة عن Rh123 (574 نانومتر) و SR101 (640 نانومتر) (الشكل. )، على التوالي. الحد الأقصى من و ، و لـ والمخلوط SR101 -بامكووكز يمكن أيضًا تسجيل الأفلام (الشكل 4i والشكل التكميلي 39)، مما يوضح نقل اللولبية الفعالة من -بامكووكز لضيوف الفلورسنت. مقارنة بـ -PAMCOOCz وفلوق المدعوم
PAMCOOCz الأفلام، إشارات CPL المخفضة لـ والمخلوط SR101 -بامكووكز يجب أن تكون الأفلام بسبب انخفاض كفاءات نقل الطاقة لديها (الجدول التكميلي 6) للمزيد من التحقق من الدور الحيوي لـ SACET في تحقيق نظام CPOA متعدد الألوان، تم تحفيز الضيف غير المتجانس SR101 مباشرة في تم إجراء أفلام باستخدام نطاق الامتصاص الأقصى المقابل عند 550 نانومتر كضوء تحفيزي. لم يتم الكشف عن أي إشارات CPL واضحة (الشكل التكميلي 40)، مما يشير إلى أن الخصائص اللولبية يجب أن تكون مستمدة من اللون الأزرق. -بامكووكز بوليمر. والأكثر إثارة، يمكن تحقيق انبعاث الضوء الأبيض الكيرالي في Rh123/R الأفلام من خلال تنظيم تركيز الدوبينغ لـ Rh123 بعناية (الشكل التكميلي 41).

التطبيقات المحتملة لمواد CPOA

بالنظر إلى مواد CPOA القادرة على عمر طويل للغاية، وقابلية التعديل الكامل للألوان، وسهولة معالجة المياه، فإن تطبيقاتها في
الشكل 4 | تمكين بوليمرات CPOA متعددة الألوان. أ-د طيف PL المتأخر (أ)، ملفات انحلال العمر (ب، ج) و CIE 1931 (د) لـ -بامكووكز بامكووكز و SR101/ -بامكووكز طيف انبعاث PL المتأخر عن الإثارة لـ و بامكووكز (ف) أفلام. طيف CPL لـ Rh123/R-PAMCOOCz و SR101/R-
أفلام بتركيز منشطات و . قيم ذروة الانبعاثات عند و640 نانومتر للضيوف الفلورية المتنوعة المدعومة -بامكووكز أفلام بتركيزات من المنشطات و (اللوحة العلوية هي -التكوين واللوحة السفلية هي -التكوين).
تم استكشاف تشفير المعلومات المتعددة الوظائف، وتفعيل الألياف والأجسام ثلاثية الأبعاد. كما هو موضح في الشكل 5a، تشمل المواد المتلألئة المختلفة بما في ذلك المواد اللولبية -بامكووكز (أزرق)، فلوك/ (أصفر-أخضر)، و SR101/ -بامكووكز تم اختيار الحبر المضاد للتزوير القابل للذوبان في الماء (الأحمر) وPAMCz غير الكيرالي (الأزرق) وFluc (الأصفر-الأخضر) وFluc/PAMCz (الأصفر-الأخضر) وSR101 (الأحمر) وSR101/PAMCz (الأحمر) كأحبار مضادة للتزوير القابلة للذوبان في الماء (الشكل التكميلي 42). تم إعداد رموز مورس المتعددة مع ميزات مشفرة ثلاثية الأبعاد من CPL واللون، وعمر طويل باستخدام تقنية الطباعة بالشاشة (الشكل التكميلي 43). تحت ضوء النهار، بسبب عدم وجود لون في الأحبار الزرقاء، يمكن الحصول على رمز مورس الزائف 1 RWHWPNK بلون أصفر فاتح وردي. عند التعرض لأشعة مصباح UV بطول موجي 254 نانومتر، يمكن ملاحظة جميع ألوان الانبعاث ويمكن تسجيل رمز مورس الفلورسنت الزائف 2 LPHPPCQ. بعد سحب مصباح UV، يتم الحصول على رمز مورس الزائف OA.
ظهر رمز 3 RPSPWCM بألوان الأحمر والأخضر والأزرق بينما اختفت فلوروسنت Fluc وSR101. بالمقابل، بمساعدة تحليل CPL، تم التقاط رمز مورس 4 ثلاثي الأبعاد المشفر الحقيقي CPOA الذي يظهر معلومات الاحترام (الشكل التوضيحي 44). في الوقت نفسه، يمكن تحضير الألياف المفعلة بـ CPOA بسهولة عن طريق نقع الألياف التجارية في محلول مائي من بوليمر CPOA ثم تجفيفها في فرن عند ، مما ينتج أشكالًا متنوعة وتألقًا قابلًا للتعديل باللون الأزرق ( -بامكووك ) والأخضر (Fluc/R-PAMCOOCz ) ألوان الانبعاث (الشكل 5ب). من المثير للاهتمام أن الأجسام ثلاثية الأبعاد الملونة (الشكل 5ج) تصدر ضوءًا أزرقًا ( بامكووكز أصفر-أخضر ( فلوق آر – بامكووك ، الوسط)، والأحمر ( بامكووكز يمكن أيضًا بناء انبعاثات CPOA، مما يعكس إمكانياتها الكبيرة في التطبيقات المرنة للإلكترونيات القابلة للارتداء.
الشكل 5 | التطبيقات المحتملة لمواد CPOA. أ. إجراء تصنيع رمز مورس المتعدد بواسطة الطباعة بالشاشة وصور متعلقة برموز مورس المتنوعة تحت ضوء النهار، تحت إثارة ضوء UV بطول موجي 254 نانومتر وبعد إيقاف إثارة ضوء UV بطول موجي 254 نانومتر. إجراءات التحضير ورسم توضيحي لـ
ألياف CPOA والصور المقابلة لألياف CPOA تحت وبعد إيقاف تشغيل إثارة ضوء الأشعة فوق البنفسجية 254 نانومتر. أزرق (يسار)، أصفر-أخضر (وسط)، وأحمر (يمين) كائنات CPOA ثلاثية الأبعاد.

نقاش

باختصار، لقد اقترحنا بنجاح طريقة فعالة للاحتجاز الذاتي لبناء بوليمرات CPOA الزرقاء. تعتمد هذه الاستراتيجية على احتجاز الكروموفورات الكيرالية المعزولة في وقت واحد داخل مصفوفة بوليمرية صلبة وقابلة للذوبان في الماء من أجل استقرار الإثارات الثلاثية لتمكين انبعاث CPOA بكفاءة عالية. تظهر بوليمرات CPOA القابلة للذوبان في الماء عمرًا طويلاً للغاية يصل إلى 3.0 ثوانٍ، من استفادة من خصائص اللمعان واليدوية، تم إعداد سلسلة من أنظمة CPOA كاملة الألوان من خلال خلط الأصباغ الفلورية غير اليدوية القابلة للذوبان في الماء مع بوليمرات CPOA الزرقاء عبر SACET. باستخدام ميزات قابلية ضبط الألوان الكاملة في CPOA، تم تصنيع تشفير معلومات متعدد المستويات، وألياف وظيفية، وأجسام عرض ثلاثية الأبعاد. لا يوجه هذا البحث فقط تصميم وتخليق مواد CPOA الزرقاء، بل يفتح أيضًا خريطة لتعديل ألوان انبعاث CPOA عند الطلب لتطبيقات متنوعة.

طرق

المواد

تم شراء جميع الكواشف والمذيبات من شركة نانجينغ للكواشف الكيميائية وشركة الطاقة الكيميائية. ما لم يُذكر خلاف ذلك، تم استخدام هذه الكواشف والمذيبات دون مزيد من التنقية. يتم وصف نقاوة جميع المواد المشتراة أدناه: كاربازول (99%)، ميثيل (R)-2-كلوروبروبيونات (98%)، ميثيل (S)-2-كلوروبروبيونات.
(97%)، 2-هيدروكسي إيثيل أكريلات (99%)، أكريلاميد (99.9%)، فلوريسئين صوديوم ( ) ، رودامين 123 ( ) ، سلفو-رودامين ( ). وتم استخدام 2,2′-أزوبيس(2-ميثيل بروبيونيتريل) (98%) بعد إعادة تبلور ثلاث مرات.

الإجراء العام للبلمرة الجذرية

في جو من الأرجون، تم إذابة 0.01 مكافئ (eq) من 2,2′-أزوبيس(2-ميثيل بروبيونيتريل) (AIBN) و1.0 مكافئ من مشتق الفينيل في 25 مل من التتراهيدروفوران (THF) المقطر حديثًا تحت الماء المثلج. بعد أن تم إذابة المادة الصلبة تمامًا، تم تسخين المزيج تدريجيًا إلى وتم التحريك لمدة 16 ساعة. بعد التفاعل، تمت إضافة المزيج بالتدريج إلى 200 مل من الميثانول لترسيب المواد البوليمرية، ثم تم تصفية المنتج الخام، تلاه غسل مع الإيثر البترولي وثنائي كلورو الميثان، والأسيتون بالتتابع. ثم تم إذابة الصلب في الماء المنزوع الأيونات وتمت عملية الغسيل باستخدام أنبوب غسيل (حد القطع للوزن الجزيئي) ) لمدة 72 ساعة .

-بامكووكز

وفقًا للإجراء العام للبلمرة الجذرية باستخدام VCOOCz ( ) ، أكريلاميد (AM ، 3.55 جرام ، ) وكمية مناسبة من AIBN ( 0.0836 جرام، ) في 25 مل من THF المقطر حديثًا للحصول على 3.31 جرام من مسحوق البوليمر الأبيض مع عائد قدره . Mn=16817 دالتون؛ Mw=25661 دالتون؛ .

S-PAMCOOCz

وفقًا للإجراء العام للبلمرة الجذرية باستخدام VCOOCz ( ) ، أكريلاميد ( “، 100 معادلة )، وكمية مناسبة من AIBN ( ، 1.01 مكافئ ) في 25 مل من THF المقطر حديثًا للحصول على 3.51 جرام من مسحوق البوليمر الأبيض مع عائد قدره ; PDI .

R-PAMCOOCz

وفقًا للإجراء العام للبلمرة الجذرية باستخدام VCOOCz ( ) ، أكريلاميد ( “، 100 معادلة )، وكمية مناسبة من AIBN ( ، 1.01 مكافئ ) في 25 مل من THF المقطر حديثًا للحصول على 3.56 جرام من مسحوق البوليمر الأبيض مع عائد قدره . Mn=22006 دالتون؛ Mw=38117 دالتون؛ .

S-PAMCOOCz

وفقًا للإجراء العام للبلمرة الجذرية باستخدام VCOOCz ( ) ، أكريلاميد ( 3.55 جرام ، ) وكمية مناسبة من AIBN ( 0.0824 جرام، ) في 25 مل من THF المقطر حديثًا للحصول على 3.51 جرام من مسحوق البوليمر الأبيض مع عائد قدره . ; 41739 دا؛ بي دي آي .

S-PAMCOOCz

وفقًا للإجراء العام للبلمرة الجذرية باستخدام VCOOCz ( ) ، أكريلاميد ( 3.55 جرام ، ) وكمية مناسبة من AIBN ( 0.0822 جرام ، ) في 25 مل من THF المقطر حديثًا للحصول على 3.50 جرام من مسحوق البوليمر الأبيض مع عائد قدره ; 46679 دا؛ PDI = 1.60.

تحضير أفلام بوليمرية ملونة بالكامل

تم إذابة 0.5 جرام من مسحوق البوليمر وكمية معينة من الأصباغ الفلورية العضوية في الماء المقطر (10 مل) تلاها خلط قوي بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق تحت ظروف محيطية؛ ثم تم صب المحلول في قنينة وتحريكه عند لمدة ساعة واحدة للحصول على محلول بوليمر شفاف تمامًا؛ وأخيرًا، تم وضع المحلول المختلط في طبق بتري وتجفيفه في فرن عند بين عشية وضحاها لصنع أفلام بوليمر شفافة للتوصيفات الضوئية والهيكلية اللاحقة.

توفر البيانات

البيانات التي تدعم الرسوم البيانية داخل هذه الورقة وغيرها من نتائج هذه الدراسة متاحة من المؤلف المراسل عند الطلب. يتم توفير بيانات المصدر في هذه الورقة.

References

  1. Song, I. et al. Helical polymers for dissymmetric circularly polarized light imaging. Nature 617, 92-99 (2023).
  2. Pacchioni, G. A chiral glass delivers color-tunable ultralong roomtemperature phosphorescence. Nat. Rev. Mater. 8, 362-362 (2023).
  3. Yang, Y., da Costa, R. C., Fuchter, M. J. & Campbell, A. J. Circularly polarized light detection by a chiral organic semiconductor transistor. Nat. Photonics 7, 634-638 (2013).
  4. Qian, Q. et al. Chiral molecular intercalation superlattices. Nature 606, 902-908 (2022).
  5. Wan, L., Liu, Y., Fuchter, M. J. & Yan, B. Anomalous circularly polarized light emission in organic light-emitting diodes caused by orbital-momentum locking. Nat. Photonics 17, 193-199 (2023).
  6. MacKenzie, L. E. & Pal, R. Circularly polarized lanthanide luminescence for advanced security inks. Nat. Rev. Chem. 5, 109-124 (2021).
  7. Zhan, X. et al. 3D laser displays based on circularly polarized lasing from cholesteric liquid crystal arrays. Adv. Mater. 33, 2104418 (2021).
  8. Jia, J. et al. Circularly polarized electroluminescence from a singlecrystal organic microcavity light-emitting diode based on photonic spin-orbit interactions. Nat. Commun. 14, 31 (2023).
  9. Li, H. et al. Single-component color-tunable circularly polarized organic afterglow through chiral clusterization. Nat. Commun. 13, 429 (2022).
  10. Gu, L. et al. Circularly polarized organic room temperature phosphorescence from amorphous copolymers. J. Am. Chem. Soc. 143, 18527-18535 (2021).
  11. Hu, Y., Huang, Z., Willner, I. & Ma, X. Multicolor circularly polarized luminescence of a single-component system revealing multiple information encryption. CCS Chem. 6, 518-527 (2024).
  12. Lin, S. et al. Photo-triggered full-color circularly polarized luminescence based on photonic capsules for multilevel information encryption. Nat. Commun. 14, 3005 (2023).
  13. Yu, H. J. et al. Photooxidation-driven purely organic roomtemperature phosphorescent lysosome-targeted imaging. J. Am. Chem. Soc. 143, 13887-13894 (2021).
  14. Pan, X. et al. A low-temperature-resistant flexible organic crystal with circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202203938 (2022).
  15. Liu, G. et al. Photocyclization-induced emission enhancement and circularly polarized luminescence inversion of achiral emitters in co-assembled gels. Small Struct. 3, 2200209 (2022).
  16. Yuan, Y. X. et al. Fluorescent TPE macrocycle relayed lightharvesting system for bright customized-color circularly polarized luminescence. J. Am. Chem. Soc. 144, 5389-5399 (2022).
  17. Liu, N., Gao, R. T. & Wu, Z. Q. Helix-induced asymmetric self-assembly of -conjugated block copolymers: from controlled syntheses to distinct properties. Acc. Chem. Res. 56, 2954-2967 (2023).
  18. Xu, X. H. et al. Precise synthesis of optically active and thermodegradable poly(trifluoromethyl methylene) with circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202300882 (2023).
  19. Wang, C., Xu, L., Zhou, L., Liu, N. & Wu, Z. Q. Asymmetric living supramolecular polymerization: precise fabrication of one-handed helical supramolecular polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202207028 (2022).
  20. Nie, F., Wang, K. Z. & Yan, D. P. Supramolecular glasses with colortunable circularly polarized afterglow through evaporationinduced self-assembly of chiral metal-organic complexes. Nat. Commun. 14, 1654 (2023).
  21. Shang, W. et al. Chiral reticular self-assembly of achiral AIEgen into optically pure metal-organic frameworks (MOFs) with dual mechano-switchable circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 12811-12816 (2020).
  22. Sumsalee, P. et al. Luminescent chiral exciplexes with sky-blue and green circularly polarized-thermally activated delayed fluorescence. Chem. Eur. J. 27, 16505-16511 (2021).
  23. Yan, Z. P. et al. A chiral dual-core organoboron structure realizes dual-channel enhanced ultrapure blue emission and highly efficient circularly polarized electroluminescence. Adv. Mater. 34, 2204253 (2022).
  24. Ahn, J. et al. Chiral organic semiconducting materials for nextgeneration optoelectronic sensors. Device 1, 100176 (2023).
  25. Wu, X. G., Yan, X. Q., Chen, Y., Zhu, W. G. & Chou, P. T. Advances in organic materials for chiral luminescence-based OLEDs. Trends Chem. 5, 734-747 (2023).
  26. Xu, L. et al. Visible helicity induction and memory in polyallene toward circularly polarized luminescence, helicity discrimination, and enantiomer separation. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202217234 (2023).
  27. Garain, S., Sarkar, S., Chandra Garain, B., Pati, S. K. & George, S. J. Chiral arylene diimide phosphors: circularly polarized ambient phosphorescence from bischromophoric pyromellitic diimides. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202115773 (2022).
  28. Huang, W., Fu, C., Liang, Z., Zhou, K. & He, Z. Strong circularlypolarized room-temperature phosphorescence from a feasibly separable scaffold of bidibenzo[b,d]furan with locked axial chirality. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202202977 (2022).
  29. Zhang, D. W., Li, M. & Chen, C. F. Linear axially chiral conjugated polymers exhibiting ultralong low-temperature phosphorescence and intense circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202213130 (2022).
  30. Nie, F. & Yan, D. P. Macroscopic assembly of chiral hydrogenbonded metal-free supramolecular glasses for enhanced colortunable ultralong room temperature phosphorescence. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202302751 (2023).
  31. Yang, X. G., Lin, X. Q., Zhao, Y. B., Zhao, Y. S. & Yan, D. P. Lanthanide metal-organic framework microrods: colored optical waveguides and chiral polarized emission. Angew. Chem. Int. Ed. 56, 7853 (2017).
  32. Zhou, B., Qi, Z. H., Dai, M. Q., Xing, C. & Yan, D. P. Ultralow-loss optical waveguides through balancing deep-Blue TADF and orange room temperature phosphorescence in hybrid antimony halide microstructures. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202309913 (2023).
  33. Zhou, B. & Yan, D. P. Long persistent luminescence from metal-organic compounds: state of the art. Adv. Funct. Mater. 33, 2300735 (2023).
  34. Park, G. et al. Enhancing circularly polarized phosphorescence via integrated top-down and bottom-up approach. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202309762 (2023).
  35. Chen, W. et al. Long-persistent circularly polarized phosphorescence from chiral organic ionic crystals. Chem. Eur. J. 24, 17444-17448 (2018).
  36. Huang, Z., He, Z., Ding, B., Tian, H. & Ma, X. Photoprogrammable circularly polarized phosphorescence switching of chiral helical polyacetylene thin films. Nat. Commun. 13, 7841 (2022).
  37. Liu, R., Ding, B., Liu, D. & Ma, X. Switchable circularly polarized room-temperature phosphorescence based on pure organic amorphous binaphthyl polymer. Chem. Eng. J. 421, 129732 (2021).
  38. Liu, J. et al. Circularly polarized organic ultralong roomtemperature phosphorescence with a high dissymmetry factor in chiral helical superstructures. Adv. Mater. 36, 2306834 (2023).
  39. Gao, P. et al. Host-guest chemistry of chiral MOFs for multicolor circularly polarized luminescence including room temperature phosphorescence. Adv. Funct. Mater. 33, 2300105 (2023).
  40. An, S., Gao, L., Hao, A. & Xing, P. Ultraviolet light detectable circularly polarized room temperature phosphorescence in chiral naphthalimide self-assemblies. ACS Nano 15, 20192-20202 (2021).
  41. Wang, X., Zhao, B. & Deng, J. Liquid crystals doped with chiral fluorescent polymer: multi-color circularly polarized fluorescence and room-temperature phosphorescence with high dissymmetry factor and anti-counterfeiting application. Adv. Mater. 35, 2304405 (2023).
  42. Sánchez-Carnerero, E. M. et al. Circularly polarized luminescence by visible-light absorption in a chiral O-BODIPY dye: unprecedented design of CPL organic molecules from achiral chromophores. J. Am. Chem. Soc. 136, 3346-3349 (2014).
  43. Zhang, X. et al. Multicolor hyperafterglow from isolated fluorescence chromophores. Nat. Commun. 14, 475 (2023).
  44. Zhang, Y. et al. Cross-linked polyphosphazene nanospheres boosting long-lived organic room-temperature phosphorescence. J. Am. Chem. Soc. 144, 6107-6117 (2022).
  45. Zhao, W., He, Z. & Tang, B. Z. Room-temperature phosphore-scence from organic aggregates. Nat. Rev. Mater. 5, 869-885 (2020).
  46. Li, H. et al. Stimuli-responsive circularly polarized organic ultralong room temperature phosphorescence. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 4756-4762 (2020).
  47. Jena, S. et al. Crystallization induced room-temperature phosphorescence and chiral photoluminescence properties of phosphoramides. Chem. Sci. 13, 5893-5901 (2022).
  48. Favereau, L. et al. Persistent organic room-temperature phosphorescence in cyclohexane-trans-1,2-bisphthalimide derivatives: the dramatic impact of heterochiral vs homochiral interactions. J. Phys. Chem. Lett. 11, 6426-6434 (2020).
  49. Yu, L. et al. Time-dependent colorful circularly polarized organic ultralong room temperature phosphorescence from a singlecomponent chiral molecule. Small 19, 2303579 (2023).
  50. Yao, X. et al. Ultralong organic phosphorescence from isolated molecules with repulsive interactions for multifunctional applications. Nat. Commun. 13, 4890 (2022).
  51. Zhang, T. et al. Hydrogen bonding boosted the persistent room temperature phosphorescence of pure organic compounds for multiple applications. J. Mater. Chem. C 7, 9095-9101 (2019).
  52. Ma, X., Xu, C., Wang, J. & Tian, H. Amorphous pure organic polymers for heavy-atom-free efficient room-temperature phosphorescence emission. Angew. Chem. Int. Ed. 57, 10854-10858 (2018).
  53. Loiseau, F., Campagna, S., Hameurlaine, A. & Dehaen, W. Dendrimers made of porphyrin cores and carbazole chromophores as peripheral units. absorption spectra, luminescence properties, and oxidation behavior. J. Am. Chem. Soc. 127, 11352-11363 (2005).
  54. Gu, L. et al. Color-tunable ultralong organic room temperature phosphorescence from a multicomponent copolymer. Nat. Commun. 11, 944 (2020).
  55. Kirch, A., Gmelch, M. & Reineke, S. Simultaneous singlet-singlet and triplet-singlet Förster resonance energy transfer from a single donor material. J. Phys. Chem. Lett. 10, 310-315 (2019).
  56. Lin, F. et al. Stepwise energy transfer: near-infrared persistent luminescence from doped polymeric systems. Adv. Mater. 34, 2108333 (2022).
  57. Li, Z.-Q., Gong, Z.-L., Shao, J.-Y., Yao, J. & Zhong, Y.-W. Full-color and white circularly polarized luminescence of hydrogen-bonded ionic organic microcrystals. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 14595-14600 (2021).
  58. Chen, B., Huang, W. & Zhang, G. Observation of chiral-selective room-temperature phosphorescence enhancement via chiralitydependent energy transfer. Nat. Commun. 14, 1514 (2023).
  59. Peng, H. et al. On-demand modulating afterglow color of watersoluble polymers through phosphorescence FRET for multicolor security printing. Sci. Adv. 8, eabk2925 (2022).
  60. Wade, J. et al. 500-fold amplification of small molecule circularly polarised luminescence through circularly polarised FRET. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 222-227 (2021).
  61. Andrews, D. L. Chirality in fluorescence and energy transfer. Methods Appl. Fluoresc. 7, 032001 (2019).
  62. Forbes, K. A., Bradshaw, D. S. & Andrews, D. L. Influence of chirality on fluorescence and resonance energy transfer. J. Chem. Phys. 151, 034305 (2019).
  63. Ji, L. K. et al. Dimension-tunable circularly polarized luminescent nanoassemblies with emerging selective chirality and energy transfer. ACS Nano 14, 2373-2384 (2020).

شكر وتقدير

تم دعم هذه الدراسة جزئيًا من قبل صندوق البحث المفتوح لمختبر مواد بحيرة سونغشان (2022SLABFN16 الممنوح لـ Y.T.)، ومؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية في الصين (22322106 الممنوح لـ Y.T.، 62075102 الممنوح لـ H.L.، 22075149 الممنوح لـ Y.T.، 22105104 الممنوح لـ G.X.، 22305126 الممنوح لـ H.L.، و 62288102 الممنوح لـ W.H.)، وخطة الأساتذة المعينين بشكل خاص في جيانغسو (الممنوحة لـ Y.T.)، ومؤسسة العلوم ما بعد الدكتوراه في الصين (2023M731774 الممنوحة لـ G.X.)، وبرنامج مواهب هوا لي في جامعة نانجينغ للاتصالات (الممنوح لـ Y.T.)، وصندوق بدء البحث في العلوم الطبيعية في جامعة نانجينغ للاتصالات (NY222070 الممنوح لـ H.L.) نود أيضًا أن نشكر البروفيسور ليونغ وانغ من جامعة نانجينغ على قياسات طيف CD.

مساهمات المؤلفين

M.Z.، Y.T.، R.C. و W.H. صمموا التجارب وكتبوا الورقة. M.Z.، W.W.، S.Z.، Z.G. و Y.Y. كانوا المسؤولين بشكل أساسي عن التجارب. X.Z.، Y.L.، Y.Q.، X.Y.، W.Z.، X.Z. و N.G. هوانهوان لي، هوي لي و G.X. قاموا بقياس وتحليل الخصائص الضوئية. M.Z.، W.W.، S.Z. و Z.G. قاموا بتصنيع التطبيقات. جميع المؤلفين ساهموا في تحليل البيانات.

المصالح المتنافسة

يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة.

معلومات إضافية

معلومات إضافية النسخة الإلكترونية تحتوي على
المواد التكميلية متاحة على
https://doi.org/10.1038/s41467-024-47240-5.
يجب توجيه المراسلات والطلبات للحصول على المواد إلى يي تاو، ورونفنغ تشين، أو وي هوانغ.
معلومات مراجعة الأقران تشكر مجلة Nature Communications دونغبينغ يان والمراجعين الآخرين المجهولين على مساهمتهم في مراجعة هذا العمل. يتوفر ملف مراجعة الأقران.
معلومات إعادة الطباعة والتصاريح متاحة على
http://www.nature.com/reprints
ملاحظة الناشر: تظل شركة سبرينغر ناتشر محايدة فيما يتعلق بالمطالبات القضائية في الخرائط المنشورة والانتماءات المؤسسية.
الوصول المفتوح هذه المقالة مرخصة بموجب رخصة المشاع الإبداعي النسب 4.0 الدولية، التي تسمح بالاستخدام والمشاركة والتكيف والتوزيع وإعادة الإنتاج بأي وسيلة أو صيغة، طالما أنك تعطي الائتمان المناسب للمؤلفين الأصليين والمصدر، وتوفر رابطًا لرخصة المشاع الإبداعي، وتوضح إذا ما تم إجراء تغييرات. الصور أو المواد الأخرى من طرف ثالث في هذه المقالة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي الخاصة بالمقالة، ما لم يُشار إلى خلاف ذلك في سطر الائتمان للمواد. إذا لم تكن المادة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي الخاصة بالمقالة وكان استخدامك المقصود غير مسموح به بموجب اللوائح القانونية أو يتجاوز الاستخدام المسموح به، فسيتعين عليك الحصول على إذن مباشرة من صاحب حقوق الطبع والنشر. لعرض نسخة من هذه الرخصة، قم بزيارةhttp://creativecommons.org/رخص/بواسطة/4.0/.
© المؤلف(ون) 2024

  1. المختبر الوطني الرئيسي للإلكترونيات العضوية وعروض المعلومات ومعهد المواد المتقدمة (IAM)، جامعة نانجينغ للبريد والاتصالات، نانجينغ، الصين. مختبر مواد بحيرة سونغشان، دونغقوان، قوانغدونغ، الصين. مركز العلوم الحدودية للإلكترونيات المرنة (FSCFE)، مختبر وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات الرئيسي للإلكترونيات المرنة (KLoFE)، جامعة شمال غرب بوليتكنيك، شيآن، شانشي، الصين. البريد الإلكتروني: iamytao@njupt.edu.cn; iamrfchen@njupt.edu.cn; iamwhuang@njupt.edu.cn

Journal: Nature Communications, Volume: 15, Issue: 1
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47240-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38594234
Publication Date: 2024-04-09

Enabling robust blue circularly polarized organic afterglow through self-confining isolated chiral chromophore

Received: 12 November 2023
Accepted: 25 March 2024
Published online: 09 April 2024
(A) Check for updates

Mingjian Zeng , Weiguang Wang , Shuman Zhang , Zhisheng Gao , Yingmeng Yan , Yitong Liu , Yulong Qi , Xin Yan , Wei Zhao , Xin Zhang , Ningning Guo , Huanhuan , Hui , Gaozhan Xie , Ye Tao , Runfeng Chen © & Wei Huang ®

Abstract

Creating circularly polarized organic afterglow system with elevated triplet energy levels, suppressed non-radiative transitions, and effective chirality, which are three critical prerequisites for achieving blue circularly polarized afterglow, has posed a formidable challenge. Herein, a straightforward approach is unveiled to attain blue circularly polarized afterglow materials by covalently self-confining isolated chiral chromophore within polymer matrix. The formation of robust hydrogen bonds within the polymer matrix confers a distinctly isolated and stabilized molecular state of chiral chromophores, endowing a blue emission band at 414 nm , lifetime of 3.0 s , and luminescent dissymmetry factor of . Utilizing the synergistic afterglow and chirality energy transfer, full-color circularly polarized afterglow systems are endowed by doping colorful fluorescent molecules into designed blue polymers, empowering versatile applications. This work paves the way for the streamlined design of blue circularly polarized afterglow materials, expanding the horizons of circularly polarized afterglow materials into various domains.

Blue circularly polarized luminescence (CPL), one of the three primary colors, is of paramount importance for the application in full-color stereoscopic displays, poly-chromatic data recording, and anticounterfeiting as well as biological imaging and optical communications . Varied organic blue CPL materials have been prepared including fluorescence , metal-complex and thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials, which have been applied in field-effect transistors , organic light-emitting diodes , and information storage . Recently, circularly polarized organic afterglow (CPOA) has gained significant attention as a cutting-edge research field due to its exceptional photophysical properties for promising applications in various domains . To design and develop CPOA materials, chiral chain engineering , ionic co-crystal , polymerization , and
multicomponent host-guest strategies have been proposed. Although remarkable achievements in enabling CPOA materials have been witnessed, developing blue CPOA materials with exceptionally prolonged lifetimes and effective chirality still remains a formidable challenge, let alone attaining adjustable CPOA emission colors.
Three necessary prerequisites should be met to achieve CPOA emission. Firstly, the introduction of effective chirality into luminescent phosphor chromophores is essential ; secondly, it is imperative to enhance triplet exciton generation by expediting intersystem crossing (ISC) from singlet to triplet excited states ; lastly, the stabilization of the triplet excitons of phosphors through the construction of stable and stiff molecular environments for suppressing non-radiative decay pathways is of paramount need . Proverbially, triplet excitons are easily exhausted
through various non-radiative transition channels including triplettriplet annihilation and luminescence quenching . A possible approach to enhance CPOA emission is through chiral crystal engineering, which involves intermolecular locking and stacking to suppress non-radiative transitions of triplet excitons . However, this tactic that leans upon ordered molecule packing may lead to the loss of triplet excitons through triplet-triplet annihilation and result in a spectrum shift towards longer wavelengths in the afterglow emission, making the development of long-lived blue CPOA challenging. Notably, compared to the aggregated state in molecular crystal , the CPOA emission not only can experience a blue-shift when a single molecule is appropriately confined into a polymer matrix but also can empower the stabilization of triplet excitons for an ultralong lifetime. Based on these insights, we have proposed a strategy that involves the self-confinement of isolated chiral chromophores within a rigid polymer matrix to minimize non-radiative transitions for effectively boosting blue CPOA polymers (Fig. 1a). In this work, blue CPOA polymer demonstrates ultralong lifetimes of up to 3.0 s and maximum luminescent dissymmetry factor value of . More excitingly, with the aid of synergistic afterglow and chirality energy transfer (SACET), full-color CPOA polymers with color tunability are achieved through doping commercially available water-soluble fluorescent materials, showing green, red, and even white CPOA emission with a lifetime of up to 2.1 s (Fig. 1b). These results not only provide a feasible way to develop blue CPOA materials but also signify the feasibility of the SACET strategy to construct full-color CPL materials.

Results

Material design and synthesis

As a proof of concept, a series of CPOA polymers -PAMCOOCzx (Fig. 1a) were synthesized through radical copolymerization. In this
design, a pair of high triplet energy level enantiomers (Supplementary Figs. 1-15), -((2-(9H-carbazol-9-yl) propa-noyl)oxy)thyl acrylatewith , is chosen as the blue light-emitting monomer, which simultaneously exhibits good phosphorescent properties and chirality. Polyacrylamide (PAM), which has carbonyl and amino groups is chosen as a matrix because it not only can effectively promote ISC to generate the triplet excitons but also can form a strong hydrogenbonding network to confine the blue chromophore for inhibited the non-radiative decay of triplet excitons.

Photophysical properties of blue CPOA polymer

To ensure the chiral purity, the chiral resolution for and VCOOCz were performed. The enantiomeric excess values for VCOOCz and -VCOOCz are calculated to be and (Supplementary Fig. 14). Moreover, the calculated circular dichroism (CD) spectra (Supplementary Fig. 15 and Supplementary Data 1) of VCOOCz and -VCOOCz are consistent with the experimental spectra, which confirm the absolute configuration of -VCOOCz and VCOOCz. Chiral polymers -PAMCOOCzx were synthesized through radical binary copolymerization using the self-designed central chiral monomer of -VCOOCz and acrylamide (AM) (Supplementary Fig. 1) with molar feed ratio of 1:50( -PAMCOOCz ), 1:100 ( -PAMCOOCz ), 1:200 ( -PAMCOOCz ) and 1:400 ( PAMCOOCz 4 ). The structure characterizations of the target chiral monomer and polymers were confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy, powder X-ray diffraction, and gel permeation chromatography (Supplementary Figs. 1-17 and Supplementary Table 1).
-PAMCOOCz shows carbazole-dominated absorption spectra in both solution and amorphous thin film, which exhibits
Fig. 1 | Construction of blue CPOA polymers for enabling full-color chiral afterglow emission. a Design of blue CPOA copolymer through covalent selfconfinement of isolated chiral chromophores within a polymeric matrix.
b Synergistic afterglow and chirality energy transfer (SACET) for achieving full-color CPOA polymers. c Molecular structures of PAMCOOCz , fluorescent dyes fluorescein sodium (Fluc), rhodamine 123 (Rh123), and sulforodamine (SR101).
absorption band at and absorption band near 330 nm (Supplementary Fig. 18), indicating that carbazole is the main absorption and chromophore unit . Upon 254 nm UV light excitation, intense blue luminescence was recorded with emission peaks at 364 nm and lifetimes of 12.9 ns and 11.7 ns in – and -PAMCOOCz films (Fig. 2a, b and Supplementary Fig. 19). Excitingly, after the cease of excitation light, the obvious ultralong-lived blue afterglow could be observed by the naked eye under ambient conditions (Supplementary Fig. 19), showcasing emission peaks at 414,442 , and 470 nm (Fig. 2a) with lifetimes of , and 3.1 s as well as , and 3.0 s for – and -PAMCOOCz films (Fig. 2c and Supplementary Table 2), respectively. The CD spectra show mirror curves, which are consistent with the absorption spectra of -PAMCOOCz films, suggesting the successful introduction of chirality into the blue afterglow -PAMCOOCz polymers (Supplementary Fig. 20). CPL spectra reveal a strong and mirror signal (Fig. 2d, top panel) exhibiting main emission peaks at 364 nm with corresponding values of and , and shoulder emission peaks at 442 nm with values of and for – and -PAMCOOCz films (Fig. 2d, bottom panel), respectively. These results indicate the achievement of a blue CPOA polymer.
To systematically investigate the effect of molar feed ratios on the blue CPOA emission, the chiral polymers with different molar feed ratios between -VCOOCz and AM were constructed. Considering the quite similar photophysical properties of – and -PAMCOOCz films, -PAMCOOCzx polymers were selected as the model polymers (Supplementary Figs. 21 and 22) to perform the investigations. The afterglow intensities and CPL signals are firstly enhanced when the molar feed ratios of -VCOOCz/AM rise from 1: 50 to 1: 100; however, with further increase the feed ratio of -VCOOCz/AM from 1: 100 to 1 :
200 and 1: 400, the afterglow intensities and CPL signals are gradually decreased. These results suggest that the rigidity of -PAMCOOCz film suppresses non-radiative decay of triplet excitons, thus enabling elongated lifetime, improved afterglow intensity as well as enhanced CPL properties. It should be noted that, with further increase AM content, the hydrogen bonds in the corresponding polymeric films are largely enhanced, thus achieving identical lifetimes and non-radiaitve decay rates (Supplementary Table 3) in S-PAMCOOCz films; however, the concentration of chiral chromophores -VCOOCz is decreased, leading to the largely decreased afterglow intensities and CPL signals. Considering the similar DC spectra (Supplementary Fig. 22), the higher CPL intensities endow higher , thus empowering the values in the order of PAMCOOCz . Therefore, – and PAMCOOCz films render the best CPOA attributes and their PLQY reached and , respectively (Supplementary Table 4). Notably, the copolymerization is much more effective than the physically blended polymer system of PAM and -VCOOCz in endowing the CPOA emission (Supplementary Fig. 23).
In light of the excellent afterglow and CPL characters, films were chosen as the model polymers to investigate the blue CPOA properties. Time-resolved emission spectra (TRES) confirm that -PAMCOOCz films have strong and stable afterglow luminescence (Fig. 2e and Supplementary Fig. 24). As shown in the excitation-delayed PL emission spectra (Fig. 2f and Supplementary Fig. 25), the blue CPOA could be effectively excited by UV light ranging from with optimal excitation light at 299 nm . Interestingly, the excitation delayed PL spectra of emission peaks at 414,442 and 470 nm in -PAMCOOCz films are quite similar, indicating that these three emission peaks ( , and 470 nm ) originate
Fig. 2 | Photophysical properties of blue CPOA polymer -PAMCOOCz films under ambient conditions. a Steady-state (blue line) (SSPL) and delayed (red line) PL spectra. b, c Fluorescence (b) and afterglow (c) decay profiles. d CPL (top panel)
from the same chromophore (Supplementary Fig. 26). To further investigate the luminescent source of -PAMCOOCz films, lowtemperature spectra of -VCOOCz monomer, -PAMCOOCz , and PAM were performed (Supplementary Fig. 27). The low-temperature ( 77 K ) delayed PL spectra of -VCOOCz in dilute solution and polymethyl methacrylate doped film are consistent with these of the films at 77 K and room temperature, demonstrating the blue afterglow emission peaks at 414,442 , and 470 nm and high triplet energy level of 3.0 eV . Considering the combined results of the almost identical photophysical properties between -PAMCOOCz and VCOOCz and a broader emission peak at of PAM films, the luminescent origination of blue CPOA polymer should be the isolated chiral -VCOOCz chromophore. This self-confining isolated chromophore of -VCOOCz monomer is further confirmed by the wideangle X-ray scattering measurements (Supplementary Fig. 28), showing almost identical patterns to that of PAM film. Only broader scattering peaks at arising from PAM film are observed .

Demonstration and investigation of SACET

Benefitting from the blue chiral afterglow emission with ultralong lifetime of 3.0 s and chirality with maximum of as well as water-solubility, wide afterglow emission spectrum ranging from and acceptable oscillator strength, -PAMCOOCz could be an ideal host platform to on-demand construct full-color CPOA polymers with robust and tunable afterglow emission . Therefore, the commercialized water-soluble fluorescent dyes of fluorescein sodium (Fluc, ), rhodamine 123 (Rh123, ), and sulfo-rhodamine (SR101, ) were selected as guest to develop the full-color CPOA polymers due to the large spectra overlap between the afterglow spectra of energy donor -PAMCOOCz (host) and the absorption spectra of energy acceptor (fluorescent guest) , respectively. The well-overlapped spectra could maintain effective SACET from host to guest (Fig. 3a and Supplementary Fig. 29). Additionally, both the host and guest are water-soluble, leading to good compatibility for the physically blended host-guest system to shorten the distance between the donor and acceptors for further enhancing ET efficiency. Experimentally, to confirm the SACET, Fluc/R-PAMCOOCz films with different Fluc weight concentrations were fabricated by mixing and evaporating the aqueous solution of Fluc and -PAMCOOCz . As shown in Fig. 3b, besides the blue emission from -PAMCOOCz , newly emerged luminescent peaks are found in both SSPL and delayed PL spectra in Fluc/R film. Compared to the emission peak of Fluc in aqueous solution and an inert poly (vinyl alcohol) doped film (Supplementary Fig. 30), the newly emerged luminescence peak at 555 nm in the SSPL and delayed PL spectra of the Fluc/R-PAMCOOCz film should be from Fluc; and with rising Fluc concentrations, the intensities of emission peak at are gradually increased while the emission from is decreased, signifying the plausible occurrence of ET from -PAMCOOCz to Fluc. Compared to the SSPL emission (Supplementary Fig. 31a), the afterglow emission from -PAMCOOCz almost disappeared in Fluc/R-PAMCOOCz film when the doping concentration of Fluc increased to , demonstrating effective ET for achieving tunable afterglow emission. Eventually, the afterglow achieves a shift from blue to yellow-green (Fig. 3c).
To investigate the specific ET mechanism in depth, the lifetimes of the Fluc/R-PAMCOOCz films were analyzed. Upon increasing Fluc concentrations from 0 to , the lifetimes are decreased from 12.9 ns to 9.4 ns for fluorescence emission peaks at 364 nm and from 3.0 s to 2.0 s for afterglow emission peaks at 414 nm (Supplementary Fig. 31b and Fig. 3d), respectively. These results verify that the nonradiative ET process should be responsible for this ultralong afterglow emission from Fluc. The afterglow lifetimes of long-lived emission peaks at 555 nm are over 1.8 s (Fig. 3e and Supplementary Table 5). According to the measured amplitude averaged lifetime ( ) of Fluc/
films at the emission peaks at 364 , and 414 nm , the fluorescence and afterglow ET efficiencies are calculated to be 27.1% and 64.3%, respectively (Supplementary Table 6). Compared to the fluorescence ET efficiency, much-enhanced afterglow ET efficiency should be due to its larger spectra overlap between the afterglow emission of -PAMCOOCz and the absorption spectrum of Fluc. Moreover, the TRES of Fluc/R-PAMCOOCz film shows continuous and pronounced luminescence with elongating the delayed time (Supplementary Fig. 32), suggesting the stability of the sensitized ultralong afterglow luminescence from Fluc, demonstrating that the ET strategy should be an alternative way to modulate the afterglow color . With increase Fluc concentrations, the photoluminescence quantum efficiencies of the Fluc/R-PAMCOOCz system are also increased from to (Supplementary Table 4). The excitation-delayed PL spectra of -PAMCOOCz and Fluc -PAMCOOCz (Fig. 3f) are almost identical, showing quite similar excitation-delayed PL spectra with effective excitation wavelength from 208 nm to 362 nm . In contrast, no afterglow luminescence can be observed when the excitation wavelength ranges from 400 nm to 450 nm where Fluc exhibits strong absorption abilities, indicating that the ultralong lifetime triplet excitons of Fluc/R-PAMCOOCz films should be attributed to the afterglow ET from -PAMCOOCz to Fluc rather than the direct excitation of Fluc. The Fluc/S-PAMCOOC systems endow similar spectra variations when modulated the doping concentrations of Fluc.
Since the Fluc/R-PAMCOOCz and Fluc/S-PAMCOOCz films empower effectual fluorescence and afterglow ET process, their chirality energy transfer properties were subsequently investigated. In comparison with the -PAMCOOCz film, a new peak at 555 nm is observed after excitation by a 280 nm light. With increased Fluc concentrations in Fluc/R-PAMCOOCz film, the enhanced CPL signals originating from 555 nm are found while the CPL signals of -PAMCOOCz film at the regions of are gradually decreased (Fig. 3 g and Supplementary Fig. 33a). After the aiding of Fluc, the CPL signal of -PAMCOOCz almost disappears, and only a strong CPL signal at 555 nm is retained with values of and , respectively (Fig. 3h, i and Supplementary Fig. 33b). Namely, the chirality of -PAMCOOCz is successfully transferred to Fluc. These results agree well with the variation of SSPL emission of Fluc/R-PAMCOOCz films (Supplementary Fig. 31a). Notably, the CD spectra (Supplementary Fig. 34) of Fluc doped -PAMCOOCz films are similar to the corresponding CD spectra of -PAMCOOCz films (Supplementary Fig. 20) and the use of strong absorption peak at 460 nm of Fluc as the excitation wavelength (Fig. 3a) could not trigger the CPL emission of Fluc/S-PAMCOOCz (Supplementary Fig. 35), confirming that the chirality of Fluc doped systems originates from the chiral -PAMCOOCz hosts .

Enabling multicolor CPOA polymers

To further demonstrate the university of the SACET to obtain widerange color tenability , the achiral Rh123 and SR101 were chosen as fluorescence guests to prepare thin films since their absorption spectra endow favorable spectra overlaps with afterglow emission of PAMCOOCz films. As anticipated, orange and red chiral afterglow emission peaked at 574 nm and 640 nm , corresponding to the luminescence peaks of Rh123 and SR101, are observed in 0.1 wt.% Rh123 and SR101 doped -PAMCOOCz films, respectively (Fig. 4a and Supplementary Fig. 36). Compared to pure -PAMCOOCz film, significantly reduced delayed PL intensities and lifetimes are found in the emission peaks at 414 nm in Rh123 and SR101 doped films (Fig. 4b), proving the occurrence of afterglow ET. This ET can be further verified by excitation-delayed PL spectra and emission mapping, which show quite similar excitation wavelength to that of the -PAMCOOCz host (Fig. 4e, f and Supplementary Fig. 37). Since the doping concentration of the guest is vital to enable multicolor CPOA, the SR101 doped films with the weight concentrations of
Fig. 3 | Demonstration and investigation of SACET. a Delayed PL spectra of film (delayed time, 10 ms ) and absorption spectra of aqueous solutions ( ) of Fluc. b-e Delayed PL spectra (b), Commission International de L’Eclairage (CIE) 1931 (c), lifetime decay profiles at 414 nm (d) and 555 nm (e) of
Fluc/R-PAMCOOCz at different concen-trations. Excitation-delayed PL emission spectrum of Fluc -PAMCOOCz film. CPL spectra ( ) and values (h) of Fluc/R-PAMCOOCz films with doping concentrations of and 0.1 wt.%. i Schematic diagram of the SACET mechanism.
wt. , and were prepared; As shown in Supplementary Fig. 38, SR101/R-PAMCOOCz film demonstrates much enhanced SSPL and afterglow emission that originates from SR101, suggesting that the optimal doping concentration is . Moreover, and SR101 doped -PAMCOOCz films obtain strong and stable long afterglow luminescence (Supplementary Fig. 32) and show ultralong lifetimes of 1.9 and 2.2 s (Fig. 4c, d and Supplementary Table 7).
Expectedly, when and SR101 were doped into PAMCOOCz films, the CPL signal originated from PAMCOOCz is largely decreased, while newly emerged emission bands derived from Rh123 ( 574 nm ) and SR101 ( 640 nm ) are observed (Fig. ), respectively. The maximum of and , and for and SR101 doped -PAMCOOCz films could be also recorded (Fig. 4i and Supplementary Fig. 39), figuring out the effective chirality transfer from -PAMCOOCz to fluorescent guests. Compared to -PAMCOOCz and Fluc doped
PAMCOOCz films, the reduced CPL signals of and SR101 doped -PAMCOOCz films should be due to their decreased energy transfer efficiencies (Supplementary Table 6) . To further verify the vital role of SACET to achieve multicolor CPOA system, the direct excitation of the achiral guest SR101 in films using the corresponding maximum absorption band at 550 nm as excitation light was performed. No obvious CPL signals are detected (Supplementary Fig. 40), testifying that the chiral characteristics should be derived from blue -PAMCOOCz polymer. More excitingly, chiral white light emission can be achieved in Rh123/R films by carefully regulating the doping concentration of Rh123 (Supplementary Fig. 41).

Potential applications of CPOA materials

Considering CPOA materials capable of ultralong lifetime, full-color tunability, and easy water processing ability, their applications in
Fig. 4 | Enabling multicolor CPOA polymers. a-d Delayed PL spectra (a), lifetime decay profiles (b, c) and CIE 1931 (d) of -PAMCOOCz PAMCOOCz and SR101/ -PAMCOOCz . e, f Excitation-delayed PL emission spectrum of and PAMCOOCz (f) films. CPL spectra of Rh123/R-PAMCOOCz and SR101/R-
films with doping concentration of and . values of emission peaks at and 640 nm for varied fluorescent guests doped -PAMCOOCz films with doping concentrations of and (top panel is -configuration and bottom panel is -configuration).
multiplex information encryption, functionalization fibers and threedimensional objects were explored. As shown in Fig. 5a, various luminescent materials including chiral -PAMCOOCz (blue), Fluc/ (yellow-green), and SR101/ -PAMCOOCz (red), and achiral PAMCz (blue), Fluc (yellow-green), Fluc/PAMCz (yellow-green), SR101 (red) and SR101/PAMCz (red) were selected as the water-soluble anticounterfeiting inks (Supplementary Fig. 42). Multiplex Morse Codes with a three-dimensional encrypted features of CPL and color, long-life had been prepared using screen-printing technology (Supplementary Fig. 43). Under daylight, due to the colorless of blue inks, the false Morse Code 1 RWHWPNK with light-yellow and pink color can be obtained. Upon irradiation by a 254 nm UV lamp, all emission colors can be observed and the false fluorescence Morse Code 2 LPHPPCQ can be recorded. After withdrawing the UV lamp, the false OA Morse
Code 3 RPSPWCM with red, green, and blue colors appeared as the Fluc and SR101 fluorescence disappeared. In contrast, with the aid of CPL analysis, the true three-dimensional encrypted CPOA Morse Code 4 showing the information of RESPECT is finally captured (Supplementary Fig. 44). Meanwhile, CPOA functionalized fibers could be easily prepared by soaking the commercial fiber into the CPOA polymer aqueous solution and then drying in an oven at , rendering varied shapes and the tunable afterglow of blue ( -PAMCOOC ) and green (Fluc/R-PAMCOOCz ) emission colors (Fig. 5b). Interestingly, colorful three-dimensional objects (Fig. 5c) emitting blue ( PAMCOOCz , left), yellow-green ( Fluc R -PAMCOOC , middle), and red ( PAMCOOCz ) CPOA emissions can be also constructed, reflecting their great potential applications in flexible wearable electronics.
Fig. 5 | Potential applications of CPOA materials. a Fabrication procedure of multiplex Morse Code by screen-printing and corresponding photographs of varied Morse Code under daylight, under 254 nm UV light excitation and after turning off 254 nm UV light excitation. Preparation procedures and an illustration of
CPOA fibers and corresponding photographs of CPOA fibers under and after turning off 254 nm UV light excitation. c Blue (left), yellow-green (middle), and red (right) three-dimensional CPOA objects.

Discussion

In summary, we have successfully proposed an efficient selfconfinement method for the construction of blue CPOA polymers. This tactic depends on simultaneously confining the isolated chiral chromophores into a rigid and water-soluble polymer matrix for the stabilization of triplet excitons to enable highly efficient CPOA emission. The resultant water-soluble CPOA polymers exhibit an ultralong lifetime of up to 3.0 s , a of . Benefiting from afterglow and chirality properties, a series of full-color CPOA systems are prepared by physically blending water-soluble non-chiral fluorescent dyes into blue CPOA polymers through SACET. Employing the full-color tunability CPOA features, multilevel information encryption, functional fibers, and three-dimensional display objects have been fabricated. This study not only guides the design and synthesis of blue CPOA materials, but also opens a map to on-demand modulate the CPOA emission colors for varied applications.

Methods

Materials

All reagents and solvents were purchased from Nanjing Chemical Reagent Co. and Energy Chemical. Unless otherwise specified, these reagents and solvents were used without further purification. The purities for all purchased materials are described below: carbazole (99%), methy (R)-2-chloropropionate (98%), methy (S)-2-chloropropionate
(97%), 2-hydroxyethyl acrylate (99%), acrylamide (99.9%), fluorescein sodium ( ), rhodamine 123 ( ), sulfo-rhodamine ( ). And 2,2′-azobis(2-methylpropionitrile) (98%) was used after three times recrystallization.

General procedure of radical polymerization

In an argon atmosphere, 0.01 equivalent (eq) of 2,2′-azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN) and 1.0 eq of vinyl derivative were dissolved in 25 mL freshly distilled tetrahydrofuran (THF) under ice water. After the solid was completely dissolved, the mixture was gradually heated to and stirred for 16 h . After the reaction, the mixture was added dropwise to 200 mL methanol to precipitate polymeric materials, then the crude product was filtered, followed by washing with petroleum ether and dichloromethane, acetone in sequence. Then the solid was dissolved in deionized water and dialyzed by a dialysis tube (molecular weight cut-off ) for 72 h .

-PAMCOOCz

Following the general procedure of radical polymerization using VCOOCz ( ), acrylamide (AM, 3.55 g , ), and appropriate amount of AIBN ( 0.0836 g , ) in 25 mL freshly distilled THF to afford 3.31 g white powder polymer with a yield of . Mn=16817 Da; Mw=25661 Da; .

S-PAMCOOCz

Following the general procedure of radical polymerization using VCOOCz ( ), acrylamide ( , 100 eq ), and appropriate amount of AIBN ( , 1.01 eq ) in 25 mL freshly distilled THF to afford 3.51 g white powder polymer with a yield of ; PDI .

R-PAMCOOCz

Following the general procedure of radical polymerization using VCOOCz ( ), acrylamide ( , 100 eq ), and appropriate amount of AIBN ( , 1.01 eq ) in 25 mL freshly distilled THF to afford 3.56 g white powder polymer with a yield of . Mn=22006 Da; Mw=38117 Da; .

S-PAMCOOCz

Following the general procedure of radical polymerization using VCOOCz ( ), acrylamide ( 3.55 g , ), and appropriate amount of AIBN ( 0.0824 g , ) in 25 mL freshly distilled THF to afford 3.51 g white powder polymer with a yield of . ; 41739 Da; PDI .

S-PAMCOOCz

Following the general procedure of radical polymerization using VCOOCz ( ), acrylamide ( 3.55 g , ), and appropriate amount of AIBN ( 0.0822 g , ) in 25 mL freshly distilled THF to afford 3.50 g white powder polymer with a yield of ; 46679 Da; PDI = 1.60 .

Preparation of full-color polymer films

0.5 g of polymer powder and a certain amount of organic fluorescent dyes were dissolved in deionized water ( 10 mL ) followed by vigorous sonication for 10 min under ambient conditions; then the solution was poured into a flask and stirred at for 1 h to obtain a completely transparent polymer solution; finally the mixed solution was placed in a petri dish and dried in an oven at overnight to fabricate transparent polymer films for subsequent photophysical and morphological characterizations.

Data availability

The data that support the plots within this paper and other findings of this study are available from the corresponding author on request. Source data are provided in this paper.

References

  1. Song, I. et al. Helical polymers for dissymmetric circularly polarized light imaging. Nature 617, 92-99 (2023).
  2. Pacchioni, G. A chiral glass delivers color-tunable ultralong roomtemperature phosphorescence. Nat. Rev. Mater. 8, 362-362 (2023).
  3. Yang, Y., da Costa, R. C., Fuchter, M. J. & Campbell, A. J. Circularly polarized light detection by a chiral organic semiconductor transistor. Nat. Photonics 7, 634-638 (2013).
  4. Qian, Q. et al. Chiral molecular intercalation superlattices. Nature 606, 902-908 (2022).
  5. Wan, L., Liu, Y., Fuchter, M. J. & Yan, B. Anomalous circularly polarized light emission in organic light-emitting diodes caused by orbital-momentum locking. Nat. Photonics 17, 193-199 (2023).
  6. MacKenzie, L. E. & Pal, R. Circularly polarized lanthanide luminescence for advanced security inks. Nat. Rev. Chem. 5, 109-124 (2021).
  7. Zhan, X. et al. 3D laser displays based on circularly polarized lasing from cholesteric liquid crystal arrays. Adv. Mater. 33, 2104418 (2021).
  8. Jia, J. et al. Circularly polarized electroluminescence from a singlecrystal organic microcavity light-emitting diode based on photonic spin-orbit interactions. Nat. Commun. 14, 31 (2023).
  9. Li, H. et al. Single-component color-tunable circularly polarized organic afterglow through chiral clusterization. Nat. Commun. 13, 429 (2022).
  10. Gu, L. et al. Circularly polarized organic room temperature phosphorescence from amorphous copolymers. J. Am. Chem. Soc. 143, 18527-18535 (2021).
  11. Hu, Y., Huang, Z., Willner, I. & Ma, X. Multicolor circularly polarized luminescence of a single-component system revealing multiple information encryption. CCS Chem. 6, 518-527 (2024).
  12. Lin, S. et al. Photo-triggered full-color circularly polarized luminescence based on photonic capsules for multilevel information encryption. Nat. Commun. 14, 3005 (2023).
  13. Yu, H. J. et al. Photooxidation-driven purely organic roomtemperature phosphorescent lysosome-targeted imaging. J. Am. Chem. Soc. 143, 13887-13894 (2021).
  14. Pan, X. et al. A low-temperature-resistant flexible organic crystal with circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202203938 (2022).
  15. Liu, G. et al. Photocyclization-induced emission enhancement and circularly polarized luminescence inversion of achiral emitters in co-assembled gels. Small Struct. 3, 2200209 (2022).
  16. Yuan, Y. X. et al. Fluorescent TPE macrocycle relayed lightharvesting system for bright customized-color circularly polarized luminescence. J. Am. Chem. Soc. 144, 5389-5399 (2022).
  17. Liu, N., Gao, R. T. & Wu, Z. Q. Helix-induced asymmetric self-assembly of -conjugated block copolymers: from controlled syntheses to distinct properties. Acc. Chem. Res. 56, 2954-2967 (2023).
  18. Xu, X. H. et al. Precise synthesis of optically active and thermodegradable poly(trifluoromethyl methylene) with circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202300882 (2023).
  19. Wang, C., Xu, L., Zhou, L., Liu, N. & Wu, Z. Q. Asymmetric living supramolecular polymerization: precise fabrication of one-handed helical supramolecular polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202207028 (2022).
  20. Nie, F., Wang, K. Z. & Yan, D. P. Supramolecular glasses with colortunable circularly polarized afterglow through evaporationinduced self-assembly of chiral metal-organic complexes. Nat. Commun. 14, 1654 (2023).
  21. Shang, W. et al. Chiral reticular self-assembly of achiral AIEgen into optically pure metal-organic frameworks (MOFs) with dual mechano-switchable circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 12811-12816 (2020).
  22. Sumsalee, P. et al. Luminescent chiral exciplexes with sky-blue and green circularly polarized-thermally activated delayed fluorescence. Chem. Eur. J. 27, 16505-16511 (2021).
  23. Yan, Z. P. et al. A chiral dual-core organoboron structure realizes dual-channel enhanced ultrapure blue emission and highly efficient circularly polarized electroluminescence. Adv. Mater. 34, 2204253 (2022).
  24. Ahn, J. et al. Chiral organic semiconducting materials for nextgeneration optoelectronic sensors. Device 1, 100176 (2023).
  25. Wu, X. G., Yan, X. Q., Chen, Y., Zhu, W. G. & Chou, P. T. Advances in organic materials for chiral luminescence-based OLEDs. Trends Chem. 5, 734-747 (2023).
  26. Xu, L. et al. Visible helicity induction and memory in polyallene toward circularly polarized luminescence, helicity discrimination, and enantiomer separation. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202217234 (2023).
  27. Garain, S., Sarkar, S., Chandra Garain, B., Pati, S. K. & George, S. J. Chiral arylene diimide phosphors: circularly polarized ambient phosphorescence from bischromophoric pyromellitic diimides. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202115773 (2022).
  28. Huang, W., Fu, C., Liang, Z., Zhou, K. & He, Z. Strong circularlypolarized room-temperature phosphorescence from a feasibly separable scaffold of bidibenzo[b,d]furan with locked axial chirality. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202202977 (2022).
  29. Zhang, D. W., Li, M. & Chen, C. F. Linear axially chiral conjugated polymers exhibiting ultralong low-temperature phosphorescence and intense circularly polarized luminescence. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202213130 (2022).
  30. Nie, F. & Yan, D. P. Macroscopic assembly of chiral hydrogenbonded metal-free supramolecular glasses for enhanced colortunable ultralong room temperature phosphorescence. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202302751 (2023).
  31. Yang, X. G., Lin, X. Q., Zhao, Y. B., Zhao, Y. S. & Yan, D. P. Lanthanide metal-organic framework microrods: colored optical waveguides and chiral polarized emission. Angew. Chem. Int. Ed. 56, 7853 (2017).
  32. Zhou, B., Qi, Z. H., Dai, M. Q., Xing, C. & Yan, D. P. Ultralow-loss optical waveguides through balancing deep-Blue TADF and orange room temperature phosphorescence in hybrid antimony halide microstructures. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202309913 (2023).
  33. Zhou, B. & Yan, D. P. Long persistent luminescence from metal-organic compounds: state of the art. Adv. Funct. Mater. 33, 2300735 (2023).
  34. Park, G. et al. Enhancing circularly polarized phosphorescence via integrated top-down and bottom-up approach. Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202309762 (2023).
  35. Chen, W. et al. Long-persistent circularly polarized phosphorescence from chiral organic ionic crystals. Chem. Eur. J. 24, 17444-17448 (2018).
  36. Huang, Z., He, Z., Ding, B., Tian, H. & Ma, X. Photoprogrammable circularly polarized phosphorescence switching of chiral helical polyacetylene thin films. Nat. Commun. 13, 7841 (2022).
  37. Liu, R., Ding, B., Liu, D. & Ma, X. Switchable circularly polarized room-temperature phosphorescence based on pure organic amorphous binaphthyl polymer. Chem. Eng. J. 421, 129732 (2021).
  38. Liu, J. et al. Circularly polarized organic ultralong roomtemperature phosphorescence with a high dissymmetry factor in chiral helical superstructures. Adv. Mater. 36, 2306834 (2023).
  39. Gao, P. et al. Host-guest chemistry of chiral MOFs for multicolor circularly polarized luminescence including room temperature phosphorescence. Adv. Funct. Mater. 33, 2300105 (2023).
  40. An, S., Gao, L., Hao, A. & Xing, P. Ultraviolet light detectable circularly polarized room temperature phosphorescence in chiral naphthalimide self-assemblies. ACS Nano 15, 20192-20202 (2021).
  41. Wang, X., Zhao, B. & Deng, J. Liquid crystals doped with chiral fluorescent polymer: multi-color circularly polarized fluorescence and room-temperature phosphorescence with high dissymmetry factor and anti-counterfeiting application. Adv. Mater. 35, 2304405 (2023).
  42. Sánchez-Carnerero, E. M. et al. Circularly polarized luminescence by visible-light absorption in a chiral O-BODIPY dye: unprecedented design of CPL organic molecules from achiral chromophores. J. Am. Chem. Soc. 136, 3346-3349 (2014).
  43. Zhang, X. et al. Multicolor hyperafterglow from isolated fluorescence chromophores. Nat. Commun. 14, 475 (2023).
  44. Zhang, Y. et al. Cross-linked polyphosphazene nanospheres boosting long-lived organic room-temperature phosphorescence. J. Am. Chem. Soc. 144, 6107-6117 (2022).
  45. Zhao, W., He, Z. & Tang, B. Z. Room-temperature phosphore-scence from organic aggregates. Nat. Rev. Mater. 5, 869-885 (2020).
  46. Li, H. et al. Stimuli-responsive circularly polarized organic ultralong room temperature phosphorescence. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 4756-4762 (2020).
  47. Jena, S. et al. Crystallization induced room-temperature phosphorescence and chiral photoluminescence properties of phosphoramides. Chem. Sci. 13, 5893-5901 (2022).
  48. Favereau, L. et al. Persistent organic room-temperature phosphorescence in cyclohexane-trans-1,2-bisphthalimide derivatives: the dramatic impact of heterochiral vs homochiral interactions. J. Phys. Chem. Lett. 11, 6426-6434 (2020).
  49. Yu, L. et al. Time-dependent colorful circularly polarized organic ultralong room temperature phosphorescence from a singlecomponent chiral molecule. Small 19, 2303579 (2023).
  50. Yao, X. et al. Ultralong organic phosphorescence from isolated molecules with repulsive interactions for multifunctional applications. Nat. Commun. 13, 4890 (2022).
  51. Zhang, T. et al. Hydrogen bonding boosted the persistent room temperature phosphorescence of pure organic compounds for multiple applications. J. Mater. Chem. C 7, 9095-9101 (2019).
  52. Ma, X., Xu, C., Wang, J. & Tian, H. Amorphous pure organic polymers for heavy-atom-free efficient room-temperature phosphorescence emission. Angew. Chem. Int. Ed. 57, 10854-10858 (2018).
  53. Loiseau, F., Campagna, S., Hameurlaine, A. & Dehaen, W. Dendrimers made of porphyrin cores and carbazole chromophores as peripheral units. absorption spectra, luminescence properties, and oxidation behavior. J. Am. Chem. Soc. 127, 11352-11363 (2005).
  54. Gu, L. et al. Color-tunable ultralong organic room temperature phosphorescence from a multicomponent copolymer. Nat. Commun. 11, 944 (2020).
  55. Kirch, A., Gmelch, M. & Reineke, S. Simultaneous singlet-singlet and triplet-singlet Förster resonance energy transfer from a single donor material. J. Phys. Chem. Lett. 10, 310-315 (2019).
  56. Lin, F. et al. Stepwise energy transfer: near-infrared persistent luminescence from doped polymeric systems. Adv. Mater. 34, 2108333 (2022).
  57. Li, Z.-Q., Gong, Z.-L., Shao, J.-Y., Yao, J. & Zhong, Y.-W. Full-color and white circularly polarized luminescence of hydrogen-bonded ionic organic microcrystals. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 14595-14600 (2021).
  58. Chen, B., Huang, W. & Zhang, G. Observation of chiral-selective room-temperature phosphorescence enhancement via chiralitydependent energy transfer. Nat. Commun. 14, 1514 (2023).
  59. Peng, H. et al. On-demand modulating afterglow color of watersoluble polymers through phosphorescence FRET for multicolor security printing. Sci. Adv. 8, eabk2925 (2022).
  60. Wade, J. et al. 500-fold amplification of small molecule circularly polarised luminescence through circularly polarised FRET. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 222-227 (2021).
  61. Andrews, D. L. Chirality in fluorescence and energy transfer. Methods Appl. Fluoresc. 7, 032001 (2019).
  62. Forbes, K. A., Bradshaw, D. S. & Andrews, D. L. Influence of chirality on fluorescence and resonance energy transfer. J. Chem. Phys. 151, 034305 (2019).
  63. Ji, L. K. et al. Dimension-tunable circularly polarized luminescent nanoassemblies with emerging selective chirality and energy transfer. ACS Nano 14, 2373-2384 (2020).

Acknowledgements

This study was supported in part by the Open Research Fund of Songshan Lake Materials Laboratory (2022SLABFN16 awarded to Y.T.), the National Natural Science Foundation of China (22322106 awarded to Y.T., 62075102 awarded to H.L., 22075149 awarded to Y.T., 22105104 awarded to G.X., 22305126 awarded to H.L., and 62288102 awarded to W.H.), the Jiangsu Specially-Appointed Professor Plan (awarded to Y.T.), the China Postdoctoral Science Foundation (2023M731774 awarded to G.X.), and the Hua Li Talents Program of Nanjing University of Posts and Telecommunications (awarded to Y.T.), and Natural Science Research Start-up Foundation of Nanjing University of Posts and Telecommunications (NY222070 awarded to H.L.) We also want to thank Prof. Leyong Wang from Nanjing University for the measurements of CD spectra.

Author contributions

M.Z., Y.T., R.C. and W.H. conceived the experiments and wrote the paper. M.Z., W.W., S.Z., Z.G. and Y.Y. were primarily responsible for the experiments. X.Z., Y.L., Y.Q., X.Y., W.Z., X.Z. and N.G. Huanhuan Li, Hui Li and G.X. measured and analyzed the photophysical properties. M.Z., W.W., S.Z. and Z.G. fabricated the applications. All authors contributed to data analyses.

Competing interests

The authors declare no competing interests.

Additional information

Supplementary information The online version contains
supplementary material available at
https://doi.org/10.1038/s41467-024-47240-5.
Correspondence and requests for materials should be addressed to Ye Tao, Runfeng Chen or Wei Huang.
Peer review information Nature Communications thanks Dongpeng Yan and the other, anonymous, reviewers for their contribution to the peer review of this work. A peer review file is available.
Reprints and permissions information is available at
http://www.nature.com/reprints
Publisher’s note Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.
Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecommons.org/ licenses/by/4.0/.
© The Author(s) 2024

  1. State Key Laboratory of Organic Electronics and Information Displays & Institute of Advanced Materials (IAM), Nanjing University of Posts & Tele communications, Nanjing, China. Songshan Lake Materials Laboratory, Dongguan, Guangdong, China. Frontiers Science Center for Flexible Electronics (FSCFE), MIIT Key Laboratory of Flexible Electronics (KLoFE), Northwestern Polytechnical University, Xi’an, Shanxi, China. e-mail: iamytao@njupt.edu.cn; iamrfchen@njupt.edu.cn; iamwhuang@njupt.edu.cn