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激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)的固態(tài)多色發(fā)光材料在智能傳感、多色顯示與信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。在熒光傳感領(lǐng)域，這一獨(dú)特的光物理性質(zhì)對(duì)于構(gòu)建（基于單一熒光單元的）傳感陣列，實(shí)現(xiàn)傳感器件微型化，提高復(fù)雜樣品區(qū)分檢測(cè)能力都具有極其重要的意義。目前為止，已報(bào)道的基于單一組分的激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)多色發(fā)光主要通過(guò)反卡莎分子體系和單體/二（多）聚體體系的構(gòu)建而實(shí)現(xiàn)。然而，已發(fā)現(xiàn)的反卡莎體系最多只呈現(xiàn)雙發(fā)射；基態(tài)聚集體的形成往往受制于分子間諸多相互作用的限制。因此，發(fā)展基于新原理的激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)分子發(fā)光材料無(wú)疑對(duì)深化激發(fā)態(tài)過(guò)程理解，總結(jié)功能分子材料設(shè)計(jì)方法，拓展功能分子材料應(yīng)用都具有極其重要的意義。

陜西師范大學(xué)房喻院士團(tuán)隊(duì)與新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)劉曉剛教授合作，以具有類(lèi)球體結(jié)構(gòu)特征的鄰碳硼烷為吸電子片段構(gòu)建D-π-A分子體系，利用結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角（α與β）的改變賦予分子構(gòu)象多樣性，從而獲得具有激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)特性的多色發(fā)光材料。

在該類(lèi)分子中，引入兼具類(lèi)球體結(jié)構(gòu)和拉電子特性的鄰碳硼烷不僅可調(diào)控分子吸收/發(fā)射能隙，還能確保分子在結(jié)晶后仍保持一定的旋轉(zhuǎn)自由度，因此為晶態(tài)時(shí)分子構(gòu)象的多樣性奠定了基礎(chǔ)，也為單組分構(gòu)象依賴(lài)多色發(fā)光分子體系的構(gòu)建提供了依據(jù)。基于上述考慮，作者通過(guò)系統(tǒng)的理論計(jì)算，證實(shí)了目標(biāo)分子CbCz在基態(tài)時(shí)就具有豐富的構(gòu)象多樣性；激發(fā)態(tài)勢(shì)能面掃描結(jié)果顯示CbCz存在Zone A （LE），Zone B（CT1）和Zone C（CT2）三個(gè)發(fā)光態(tài)。

在理論研究的基礎(chǔ)上，作者合成了CbCz，并得到了六種CbCz晶體。結(jié)構(gòu)解析表明不同晶體中，CbCz以不同構(gòu)象存在，且差異顯著（α：14.91° ~ 82.26°；β：51.17° ~ 76.84°）。根據(jù)β的不同，作者將上述構(gòu)象分為T(mén)ilted與Twisted結(jié)構(gòu)。在所得到的六種CbCz晶體中，四種呈現(xiàn)出明顯的激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)發(fā)光特性：隨激發(fā)波長(zhǎng)的變化，晶體熒光由藍(lán)綠色/綠色逐漸變化至橘紅色，波長(zhǎng)變化長(zhǎng)達(dá)230 nm。相關(guān)結(jié)果可由一個(gè)局域激發(fā)態(tài)（LE）和兩個(gè)差異較大的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)（CT1與CT2）的共存而完美闡釋。

具體來(lái)講，CbCz的S1態(tài)可經(jīng)由Path Ⅰ和Path Ⅱ兩種不同路徑分別弛豫至LE，CT1和CT2（LE ? CT1；LE ? CT2）。由于α旋轉(zhuǎn)自由度更大，鄰碳硼烷的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致Tilted構(gòu)象分子在Zone A與Zone B之間存在平衡 (Path I)；而Twisted構(gòu)象分子則更易實(shí)現(xiàn)Zone A 與 Zone C之間的平衡 (Path II)。變溫?zé)晒夤庾V證實(shí)了這一推測(cè)。這種不同構(gòu)象的共存和轉(zhuǎn)變使得CbCz呈現(xiàn)出突出的激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)多色發(fā)光性質(zhì)。

研究者們也證明了該策略具有普適性。把供體片段用其他發(fā)色團(tuán)替代后，可進(jìn)一步豐富材料的發(fā)光顏色，并保持其激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)的多色發(fā)光特性。