科研速递 | 理工学院唐本忠院士和赵征教授在Science China Chemistry上发表文章
近日，香港中文大学（深圳）理工学院的唐本忠院士和赵征教授团队联合香港科技大学的Halpert教授团队在《Science China Chemistry》发表题为“How Do Molecular Interactions Affect Fluorescence Behavior of AIEgens in Solution and Aggregate States?”的文章。
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《Science China Chemistry》介绍
Science China Chemistry 由中国科学院和国家自然科学基金共同主办，《中国科学》杂志社出版，并与Springer出版集团合作面向海外发行。期刊主要报道化学科学及其交叉领域的基础和应用研究方面的创新性成果。发文类型主要有综述（Reviews）、研究论文（Research papers）和简要报道（Brief reports）。Science China Chemistry 的 2021 年影响因子为 9.445，JCR分区Q1。
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论文研究背景
根据还原论的哲学，所有对象和属性都可以还原为单个实体，例如分子。然而，先进的研究表明，宏观物质的特性并不是单个分子的简单加和。相反，分子间相互作用在连接微观分子和宏观材料方面起着至关重要的作用。在光学领域中，凝聚态分子间相互作用力与发光行为的关系长期以来一直是关注的焦点，人们也发现仅从单个分子考虑而忽视分子间作用力时，往往很难解释一些实验现象。因此，探索分子间相互作用力如何影响材料的光学性质是一个亟待解决的问题。
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研究方法
文章设计了一系列具有聚集诱导发光（AIE）性质的红光分子，并探索了在溶液态和固态下分子间相互作用力对它们发光性质的影响。作者首先利用Suzuki coupling的方法制备了具有分子内电荷转移（ICT）性质的三种红光分子，它们根据苯并噻二唑上氟原子数目的不同而被命名为TBCN，TBFCN和TB2FCN（图1）。
图1. 红光AIE分子的化学结构
在溶液态中，根据溶剂分子结构的不同，三种红光分子的发光性质也截然不同。作者将溶质–溶剂间的相互作用根据溶剂分子的种类分为三类：共轭效应，当溶剂分子为共轭分子（如苯、甲苯）时，体系的发光由于溶质–溶剂间的𝜋–𝜋堆积较非共轭分子（如环己烷、正己烷）明显红移（如图2a）；位阻效应，当共轭的溶剂分子上取代基数目增多时，由于位阻效应使得溶质–溶剂间的𝜋–𝜋堆积减弱，从而光谱会发生蓝移（如图2b）；诱导效应，当共轭的溶剂分子上存在吸（供）电子基团时，溶质–溶剂间的D–A相互作用显著增强，从而光谱会发生红移（如图2c）。
图2. AIE分子在不同溶剂中的发光波长
作者紧接着研究了三个红光分子在固态下的发光行为。由于TBCN和TBFCN晶体中存在着二聚体，分子间的相互作用力增强了体系的共轭程度，因此TBCN和TBFCN晶体的发光要比无定形态下更红；而TB2FCN由于分子过于扭曲，晶体中不存在二聚体，因此TB2FCN晶体的发光要比无定形态下更蓝。让人意外的是，三个红光分子在无定形态下的荧光量子产率要比晶态下更高。为了解释这个问题，作者通过密度对比实验证实三个分子在无定形态下具有更高的密度，因此更强的分子间相互作用力限制了分子的运动，从而使得无定形态下的发光更强（如图3）。
图3. AIE分子固态下的发光行为
利用这三种红光分子，作者进一步通过溶液法制备了非掺杂型红光有机发光二极管（OLED），于电致发光波长640 nm处的外量子效率达到2.55%。
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研究结论
这项工作中，作者从发光材料研究中常见的溶剂化效应出发，设计合成了一系列深红色/近红外发光 AIEgen并研究了聚集态中分子相互作用与宏观光物理性质之间的关系。结果表明，涉及电子相互作用的强定向 𝜋–𝜋 和 D–A 作用对发射波长有明显贡献，而其他非共价相互作用则会影响分子构象的刚性，从而有助于调节发光效率。除了分子结构调控，这项工作阐释了聚集态中复杂的分子间相互作用对发光材料特性的重要影响，对于理解和解释发光材料在溶液相中以及聚集状态下的光物理行为具有重要的参考意义。
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作者简介
香港中文大学（深圳）唐本忠院士和赵征教授为本文通讯作者。
唐本忠，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、国际生物材料科学与工程学会联合会“生物材料科学与工程Fellow”、英国皇家化学会会士、国家自然科学基金基础科学中心项目负责人，曾任广东省引进创新科研团队带头人、973计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目负责人。现任中国化学会常务理事、华南理工大学和德国威利出版社（Wiley）联合期刊Aggregate主编、《中国科学：化学》副主编、《化学进展》副主编、Adv. Polym. Sci. （Springer）编辑等。在国内外顶尖杂志上发表论文1600余篇，他引十一万余次，h指数为151。曾先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017），何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第27届夸瑞兹密国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。
赵征，香港中文大学（深圳）理工学院助理教授，博导，校长青年学者。赵征教授于中国科学院上海有机化学研究所取得博士学位，后赴香港科技大学化学系进行博士后研究，2021年加入香港中文大学（深圳）理工学院担任助理教授开展研究工作。近年来围绕激发态的分子运动调控，对 AIE 分子的发光机理、构-效关系以及功能性以及应用探索等进行了系统深入的研究，在提高 AIE 分子的电荷传输和发光效率、发展固态分子运动调控的策略、揭示激发态分子运动的本质等方面取得了一系列创新性的研究成果。已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter、ACS Nano.、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater.、Nat. Sci. Rev、Mater. Today、Chem. Sci.等国际顶级期刊发表论文70余篇，论文总计被引用3500余次，H-index为36。目前兼任科学出版社聚集诱导发光系列丛书编委，Aggregate杂志顾问编委，National Science Review杂志客座编辑以及biomaterials杂志客座编辑。
余颖博士为本文第一作者。
余颖博士2021年博士毕业于香港科技大学理学院，2021年加入香港中文大学（深圳）理工学院分子聚集体科学团队进行博士后研究。余博士长期从事红色/近红外新型AIE小分子的开发和研究，并探索其在光电器件和生物成像等方面的应用，取得一系列的研究成果，已发表SCI论文两篇并参与撰写专著一章。
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