研究揭示金属团簇“油到水”转换荧光猝灭机理

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近日，安徽大学化学化工学院教授朱满洲、康熙团队联合天津理工大学研究员匙文雄在金属团簇荧光调控研究方面取得新进展。他们通过完成油相荧光团簇“油到水”的相态转换，揭示了荧光团簇在相转换过程中的荧光淬灭机理，为设计合成具有亲水性应用的高荧光团簇材料提供新的思路。相关研究成果日前在线发表于《德国应用化学》，并被选作杂志封面。

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《德国应用化学》杂志封面图。安徽大学供图

油相荧光团簇的“油到水”相转移过程常常伴随着荧光猝灭，但其淬灭机理至今模糊不清，这限制了油相团簇的亲水性应用。事实上，相对于亲水性团簇，疏水性团簇具有更精确可控的分子结构以及更加清晰的荧光机制，其光学性能的调控更加容易。因此，将原子精确的油相团簇进行“油到水”相转移，且在此过程中保持团簇的优异性能，是推动团簇材料进行生物、检测等水相应用的重要手段。

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Ag29纳米团簇在“油到水”相转移过程中的光学调控示意图。安徽大学供图

此次工作中，研究人员深入研究表面羧基功能化的Ag29团簇的原子精确结构和光学性质，阐明了相态转换过程中荧光猝灭机理，并成功构筑具有优异光学性能的两亲性荧光团簇。

研究人员首先合成出水油两亲的功能性Ag29团簇，随后通过结构精确解析对其在“油到水”相转移过程的荧光猝灭机理进行阐明，最终通过构筑团簇聚集体的方式实现了团簇在水相中的荧光恢复及增强。通过配体工程对Ag29团簇表面进行全羧基修饰，发现团簇全羧基功能化引发荧光强度的显著提升。晶体结构表明，荧光提升来源于团簇表面结构的增强耦合。全羧基疏水性Ag29团簇在“油到水”相转移时触发荧光猝灭，多种手段证明团簇去质子化引起分子内解耦过程，继而引发团簇表面结构疏散化以及辐射跃迁的淬灭。为解决此荧光淬灭问题，研究人员利用主客体化学方法引入水溶性谷胱甘肽诱导团簇聚集，并通过超分子再耦合对团簇分子内运动和分子间旋转进行限制，增强了团簇的辐射跃迁，实现了团簇的光学恢复与增强。

研究人员介绍，该工作为原子精确金属团簇的结构-光学相关性研究提供了新的视角，并有望为针对亲水性应用的高荧光团簇材料的设计合成提供帮助。