手性发光材料由于可以发射圆偏振光(CPL)，在信息存储、3D显示等前沿应用领域有重大研究价值。但是很多传统的手性发光材料因手性中心和发光中心相互分离而限制了其CPL性能。因而开发手性中心与发光中心相结合的新型手性发光材料成为提高手性发光不对称因子(g)的重要研究思路。碳硼烷作为一类具有特殊电子特性的三维笼状结构分子，具备高热稳定性和高化学稳定性，已广泛应用于发光材料的设计应用。而碳硼烷笼手性作为一类特殊的三维空间立体手性源，还尚未应用于手性发光材料的设计与合成。
近日，潘毅教授、王毅教授和郑佑轩教授团队以笼手性碳硼烷并茚酮结构作为电子受体，通过调整电子给体基团咔唑与苯环的连接位点，设计合成了2个蓝色笼手性碳硼烷发光材料Cb1和Cb2，拆分得到了两对对映体(R/S)-Cb1和(R/S)-Cb2，并对它们在圆偏振发光（CPL）和聚集诱导电化学发光（AIECL）方面的性质应用进行了研究。
(R/S)-Cb1和(R/S)-Cb2对映体在溶液态和固体薄膜态下的CD和CPL光谱均表现出高度对称性。在正己烷中，其光致发光不对称因子(gPL)分别为0.29×10-3/ -0.28×10-3和1.42×10-3/ -1.33×10-3。而在薄膜状态下，(R/S)-Cb1和(R/S) -Cb2的gPL因子分别提高到6.24×10-3/ -6.11×10-3和7.38×10-3/ -7.46×10-3，高于多数有机手性发光小分子，这可能是由于分子在薄膜状态下规则排列导致的。并且研究发现，(R/S)-Cb1和(R/S)-Cb2由于咔唑基团与苯环的连接位点的不同，二者显示了很多不同的性质。
随着溶剂极性的逐渐增大，(R/S)-Cb1溶液的荧光量子产率(PLQY)不断衰减，发射峰逐渐红移，CPL发光强度增加，gPL因子逐渐增大。这一现象是由于分子内扭曲电荷转移(TICT)效应造成，使得(R/S)-Cb1可以应用于溶剂极性识别领域。
而Cb2表现出了明显的聚集诱导电化学发光(AIECL)性能，且表现出优良的ECL稳定性。同时Cb2可应用于神经递质多巴胺浓度检测，在生物检测领域表现出潜在的应用价值。
该工作将碳硼烷笼手性电子受体这一全新的手性源应用于手性发光分子的设计，合成的Cb1和Cb2表现出较高的g因子，证明了碳硼烷笼手性在手性分子设计合成中的潜力。而通过调整供电子基团与苯环的连接位点，使结构类似的Cb1和Cb2显示出了在不同领域的应用价值。
该工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. (2022, DOI: 10.1002/anie.202209438)，博士研究生童晶晶为论文第一作者，王毅教授和郑佑轩教授为论文通讯作者。特别感谢朱俊杰教授和其课题组的曹越博士、张怡文硕士在AIECL测试方面的帮助，特别感谢王鹏工程师对光谱测试及计算方面的帮助！