理工學(xué)院唐本忠院士和趙征教授在Science China Chemistry上發(fā)表文章
近日，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院的唐本忠院士和趙征教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港科技大學(xué)的Halpert教授團(tuán)隊(duì)在《Science China Chemistry》發(fā)表題為“How Do Molecular Interactions Affect Fluorescence Behavior of AIEgens in Solution and Aggregate States?” 的文章。
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1.《Science China Chemistry》介紹
Science China Chemistry 由中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金共同主辦，《中國(guó)科學(xué)》雜志社出版，并與Springer出版集團(tuán)合作面向海外發(fā)行。期刊主要報(bào)道化學(xué)科學(xué)及其交叉領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面的創(chuàng)新性成果。發(fā)文類(lèi)型主要有綜述（Reviews）、研究論文（Research papers）和簡(jiǎn)要報(bào)道（Brief reports）。Science China Chemistry 的 2021 年影響因子為 9.445，JCR分區(qū)Q1。
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2.論文研究背景
根據(jù)還原論的哲學(xué)，所有對(duì)象和屬性都可以還原為單個(gè)實(shí)體，例如分子。然而，先進(jìn)的研究表明，宏觀(guān)物質(zhì)的特性并不是單個(gè)分子的簡(jiǎn)單加和。相反，分子間相互作用在連接微觀(guān)分子和宏觀(guān)材料方面起著至關(guān)重要的作用。在光學(xué)領(lǐng)域中，凝聚態(tài)分子間相互作用力與發(fā)光行為的關(guān)系長(zhǎng)期以來(lái)一直是關(guān)注的焦點(diǎn)，人們也發(fā)現(xiàn)僅從單個(gè)分子考慮而忽視分子間作用力時(shí)，往往很難解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。因此，探索分子間相互作用力如何影響材料的光學(xué)性質(zhì)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
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3.研究方法
文章設(shè)計(jì)了一系列具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性質(zhì)的紅光分子，并探索了在溶液態(tài)和固態(tài)下分子間相互作用力對(duì)它們發(fā)光性質(zhì)的影響。作者首先利用Suzuki coupling的方法制備了具有分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）性質(zhì)的三種紅光分子，它們根據(jù)苯并噻二唑上氟原子數(shù)目的不同而被命名為T(mén)BCN，TBFCN和TB2FCN（圖1）。
圖1. 紅光AIE分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)
在溶液態(tài)中，根據(jù)溶劑分子結(jié)構(gòu)的不同，三種紅光分子的發(fā)光性質(zhì)也截然不同。作者將溶質(zhì)–溶劑間的相互作用根據(jù)溶劑分子的種類(lèi)分為三類(lèi)：共軛效應(yīng)，當(dāng)溶劑分子為共軛分子（如苯、甲苯）時(shí)，體系的發(fā)光由于溶質(zhì)–溶劑間的??–??堆積較非共軛分子（如環(huán)己烷、正己烷）明顯紅移（如圖2a）；位阻效應(yīng)，當(dāng)共軛的溶劑分子上取代基數(shù)目增多時(shí)，由于位阻效應(yīng)使得溶質(zhì)–溶劑間的??–??堆積減弱，從而光譜會(huì)發(fā)生藍(lán)移（如圖2b）；誘導(dǎo)效應(yīng)，當(dāng)共軛的溶劑分子上存在吸（供）電子基團(tuán)時(shí)，溶質(zhì)–溶劑間的D–A相互作用顯著增強(qiáng)，從而光譜會(huì)發(fā)生紅移（如圖2c）。
圖2. AIE分子在不同溶劑中的發(fā)光波長(zhǎng)
作者緊接著研究了三個(gè)紅光分子在固態(tài)下的發(fā)光行為。由于TBCN和TBFCN晶體中存在著二聚體，分子間的相互作用力增強(qiáng)了體系的共軛程度，因此TBCN和TBFCN晶體的發(fā)光要比無(wú)定形態(tài)下更紅；而TB2FCN由于分子過(guò)于扭曲，晶體中不存在二聚體，因此TB2FCN晶體的發(fā)光要比無(wú)定形態(tài)下更藍(lán)。讓人意外的是，三個(gè)紅光分子在無(wú)定形態(tài)下的熒光量子產(chǎn)率要比晶態(tài)下更高。為了解釋這個(gè)問(wèn)題，作者通過(guò)密度對(duì)比實(shí)驗(yàn)證實(shí)三個(gè)分子在無(wú)定形態(tài)下具有更高的密度，因此更強(qiáng)的分子間相互作用力限制了分子的運(yùn)動(dòng)，從而使得無(wú)定形態(tài)下的發(fā)光更強(qiáng)（如圖3）。
圖3. AIE分子固態(tài)下的發(fā)光行為
利用這三種紅光分子，作者進(jìn)一步通過(guò)溶液法制備了非摻雜型紅光有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），于電致發(fā)光波長(zhǎng)640 nm處的外量子效率達(dá)到2.55%。
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4.研究結(jié)論
這項(xiàng)工作中，作者從發(fā)光材料研究中常見(jiàn)的溶劑化效應(yīng)出發(fā)，設(shè)計(jì)合成了一系列深紅色/近紅外發(fā)光 AIEgen并研究了聚集態(tài)中分子相互作用與宏觀(guān)光物理性質(zhì)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，涉及電子相互作用的強(qiáng)定向 ??–?? 和 D–A 作用對(duì)發(fā)射波長(zhǎng)有明顯貢獻(xiàn)，而其他非共價(jià)相互作用則會(huì)影響分子構(gòu)象的剛性，從而有助于調(diào)節(jié)發(fā)光效率。除了分子結(jié)構(gòu)調(diào)控，這項(xiàng)工作闡釋了聚集態(tài)中復(fù)雜的分子間相互作用對(duì)發(fā)光材料特性的重要影響，對(duì)于理解和解釋發(fā)光材料在溶液相中以及聚集狀態(tài)下的光物理行為具有重要的參考意義。
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5.作者簡(jiǎn)介
香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士為本文通訊作者
唐本忠，中國(guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士、亞太材料科學(xué)院院士、國(guó)際生物材料科學(xué)與工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)“生物材料科學(xué)與工程Fellow”、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，曾任廣東省引進(jìn)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)帶頭人、973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。現(xiàn)任中國(guó)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事、華南理工大學(xué)和德國(guó)威利出版社（Wiley）聯(lián)合期刊Aggregate主編、《中國(guó)科學(xué)：化學(xué)》副主編、《化學(xué)進(jìn)展》副主編、Adv. Polym. Sci. （Springer）編輯等。在國(guó)內(nèi)外頂尖雜志上發(fā)表論文1600余篇，他引十一萬(wàn)余次，h指數(shù)為151。曾先后獲得多項(xiàng)榮譽(yù)及獎(jiǎng)勵(lì)，如國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2017），何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)（2017）、第27屆夸瑞茲密?chē)?guó)際科學(xué)獎(jiǎng)（2014）、美國(guó)化學(xué)會(huì)高分子學(xué)術(shù)報(bào)告獎(jiǎng)（2012）、國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（2007）、裘槎高級(jí)研究成就獎(jiǎng)（2007）、中國(guó)化學(xué)會(huì)高分子基礎(chǔ)研究王葆仁獎(jiǎng)（2007）和愛(ài)思唯爾出版社馮新德聚合物獎(jiǎng)（2007）等。
香港中文大學(xué)（深圳）趙征教授為本文通訊作者
趙征，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授，博導(dǎo)，校長(zhǎng)青年學(xué)者。趙征教授于中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所取得博士學(xué)位，后赴香港科技大學(xué)化學(xué)系進(jìn)行博士后研究，2021年加入香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院擔(dān)任助理教授開(kāi)展研究工作。近年來(lái)圍繞激發(fā)態(tài)的分子運(yùn)動(dòng)調(diào)控，對(duì) AIE 分子的發(fā)光機(jī)理、構(gòu)-效關(guān)系以及功能性以及應(yīng)用探索等進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，在提高 AIE 分子的電荷傳輸和發(fā)光效率、發(fā)展固態(tài)分子運(yùn)動(dòng)調(diào)控的策略、揭示激發(fā)態(tài)分子運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)等方面取得了一系列創(chuàng)新性的研究成果。已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter、ACS Nano.、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater.、Nat. Sci. Rev、Mater. Today、Chem. Sci.等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表論文70余篇，論文總計(jì)被引用3500余次，H-index為36。目前兼任科學(xué)出版社聚集誘導(dǎo)發(fā)光系列叢書(shū)編委，Aggregate雜志顧問(wèn)編委，National Science Review雜志客座編輯以及biomaterials雜志客座編輯。
余穎博士為本文第一作者
余穎博士2021年博士畢業(yè)于香港科技大學(xué)理學(xué)院，2021年加入香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院分子聚集體科學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行博士后研究。余博士長(zhǎng)期從事紅色/近紅外新型AIE小分子的開(kāi)發(fā)和研究，并探索其在光電器件和生物成像等方面的應(yīng)用，取得一系列的研究成果，已發(fā)表SCI論文兩篇并參與撰寫(xiě)專(zhuān)著一章。
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文章轉(zhuǎn)自理工學(xué)院微信公眾平臺(tái)，鏈接為https://mp.weixin.qq.com/s/-2KHlKNspB3j-49NTJ0bnw
