電致化學發(fā)光（ECL）相對于光致發(fā)光（PL）具有檢測限低，靈敏度高、適用性廣等特點，應(yīng)用前景廣闊。目前，大多數(shù)已發(fā)表的具有AIECL性質(zhì)的材料大多屬于陽極ECL，包括Pt配合物、Ir配合物、有機小分子、高分子納米材料等，而應(yīng)用于陰極ECL的材料僅限于量子點，如CdS、CdSe、ZnS等，但其高毒性、高污染性限制了其在生物檢測中的應(yīng)用。因此發(fā)展新型無毒的具有生物相容性的陰極ECL材料十分必要。

近期，化學化工學院燕紅課題組設(shè)計合成了一系列D-p-A結(jié)構(gòu)的碳硼烷基咔唑類衍生物，與徐靜娟課題組合作測試其ECL性能，得到了能有效應(yīng)用于pH 7.4磷酸緩沖溶液的陰極AIECL材料。通過測試對比不同水含量條件下的PL及ECL，觀察到隨著水含量的增加，相應(yīng)的光致發(fā)光量子產(chǎn)率不斷提升，具備了AIE的性質(zhì)，同時，隨水含量增加，形成的納米顆粒粒徑不斷減小、形貌也從表面光滑的球形變成了多孔疏松結(jié)構(gòu)使得其ECL效率在水含量95%的條件下極大提高，至此確定了碳硼烷咔唑衍生物具備陰極AIECL的性質(zhì)（圖1）。

圖1.具有陰極AIECL性質(zhì)的碳硼烷基咔唑衍生物

通過將化合物拆解分析，并與模板化合物對比，發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，確立了碳硼烷取代基對該類衍生物氧化還原的重要作用以及對高效ECL的貢獻。通過控制實驗與電化學實驗相結(jié)合，推測出五步反應(yīng)機理，即化合物在電極上發(fā)生的兩步還原反應(yīng)的物種與共反應(yīng)試劑生成的活潑自由基發(fā)生碰撞，產(chǎn)生化合物激發(fā)態(tài)，其回到基態(tài)的過程中，發(fā)生電化學發(fā)光現(xiàn)象（圖2）。

圖2. 碳硼烷咔唑化合物電致化學發(fā)光機理示意圖

這項工作首次將具有AIE發(fā)光性質(zhì)的碳硼烷衍生物用于電致化學發(fā)光研究，其測試條件的生物相容性為后續(xù)應(yīng)用于生物體系的檢測奠定了研究基礎(chǔ)，而且填補了有機陰極ECL材料的空白，相關(guān)成果以Aggregation-Induced Electrochemiluminescence of Carboranyl Carbazoles in Aqueous Media為題最近發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201900283。

以上研究工作由本校博士生魏星和朱夢嬌為共同第一作者，燕紅教授、蘆昌盛副教授、徐靜娟教授為共同通訊作者。研究得到了南京大學高性能計算中心的支持以及國家自然科學基金委的資助。