Metallacages framställda via koordinationsdriven självmontering har fått omfattande uppmärksamhet på grund av sin tredimensionella layout och hålrumskärnas natur. Konstruktionen av ljusemitterande material som använder metallacages som plattform har också fått stort intresse på grund av deras goda modularitet i fotofysiska egenskaper, som ger nya tillämpningar inom så olika områden som avkänning, biomedicin, och katalys.

Dock, luminescenseffektiviteten för konventionella luminoforer minskar signifikant i aggregattillståndet eftersom de stöter på ogynnsam aggregation-orsakad släckning (ACQ). Därför, det är en ganska stor utmaning att tillverka ljusavgivande metallacces med hög luminescenseffektivitet i olika fysiska tillstånd.

År 2001, en grupp upptäckte fenomenet aggregation-induced emission (AIE) att vissa icke-ljusande eller svagt emitterande material i molekylärt tillstånd är mycket emitterande i aggregerat tillstånd. Den underliggande mekanismen som står för AIE-effekten avslöjades som begränsning av intramolekylära rörelser. Än så länge, AIE har varit ett lovande forskningsfält i mer än 20 år, och ger en ny möjlighet att konstruera ljusemitterande metalllager med hög luminescenseffektivitet.

I en nyligen publicerad recension publicerad i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid Shanghai Jiao Tong University i Shanghai, Kina, och vid University of Utah i Salt Lake City, U.S., de senaste framstegen inom ljusavgivande självmonterade metallacces sammanfattas. Forskarna presenterade strategierna för den rationella designen av ljusemitterande metallacages och lyfte fram den strukturella kemin hos AIE-aktiva metallacages som visar AIE, ett nytt fotofysiskt fenomen, såväl som deras nya tillämpningar som kemiska sensorer, funktionella emissionsmaterial, ljusskördesystem, och teranostiska medel. Dessa forskare beskriver också de potentiella framtida utmaningarna i utvecklingen av ljusavgivande metallacces.

"Den väldefinierade, mycket avstämbara metallacage-strukturer gör dem särskilt attraktiva för att undersöka egenskaperna hos luminoforer, såväl som för att framkalla nya fotofysiska karaktärer som möjliggör utbredda tillämpningar, " säger de i en artikel med titeln "Ljusemitterande självmonterade metallacages."

Studier på ljusemitterande metallacces härrörde från användningen av stela organiska molekyler som byggstenar för koordinationsdriven självmontering. "Många av dessa molekyler inkluderar stora konjugerade system och är i sig fotofysiskt aktiva, vilket ger de resulterande SCC:erna ljusemitterande egenskaper, " lade de till. "Hintills, forskare har använt luminoforer som donator- eller acceptorbyggstenar, eller inkapslade gästmolekyler inuti håligheten i metallhålen."

"Den nästan obegränsade strukturella mångsidigheten hos metallacages ger modularitet över de fotofysiska profilerna för den inkorporerade luminoforen. Dessa fördelar exemplifieras av studier på metallacages som omfattar luminoforer med aggregationsinducerad emission (AIE) karaktär, ", sa forskarna.

Det första försöket att utforska AIE-beteendet hos självmonterade metallacages 2015 har resulterat i en ny klass av AIE-aktiva metallacages med hög luminescenseffektivitet i både utspädda lösningar och i aggregerade tillstånd, därigenom överbryggar gapet mellan AIE och ACQ. Dessa två fotofysiska fenomen anses ofta vara diametralt motsatta.

"Initiala studier inom detta område fokuserade på att undersöka deras "turn-on" luminescens i både lösningar och aggregerade tillstånd och deras nivåer av känslighet för olika lösningsmedel, ", sade de. Framstegen med AIE-aktiva metallacages baserade på tetrafenyletylen (TPE) och dess derivat har främjat undersökningar av faktorer som påverkar deras emissionsegenskaper och inspirerat applikationer som använder detta unika fotofysiska beteende. "Särskilt, att kombinera metallacage-kemi med AIE har lett till utvecklingen av AIE-aktiva metallacages som uppvisar gynnsamma fotofysiska egenskaper såsom hög luminescenseffektivitet och god modularitet och har imponerande relevans för en mängd olika områden som avkänning, energiomvandling, och utvecklingen av teranostiska medel, " konstaterade de.

"Användningen av AIEgens med egenskaper som multifotonabsorption, röd/nära-infraröd emission, ökad löslighet, och biokompatibilitet – det vill säga egenskaper som är mer önskvärda än de för de omfattande studerade baserade på TPE - förväntas resultera i utvecklingen av supramolekylära luminoforer med bredare potentialer, ", förutspådde författarna. "Sammantaget, med de snabba framstegen av både koordinationsdriven självmontering och luminoforer med gynnsamma fotofysiska egenskaper som AIE, Det förväntas att forskningen om ljusavgivande självmonterade metallacces kommer att fortsätta att blomstra."