唐本忠院士团队：分子间相互作用力如何影响AIEgens在固液相的发光行为

还原论将整体还原成个体进行研究，认为物质的大部分属性都可以追溯至其组成之单个实体，例如分子。然而，现代研究表明，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。近日，香港中文大学（深圳）唐本忠课题组报道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。

图1. 红光AIE分子的化学结构。 

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）。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%。该研究为探索分子间相互作用与发光性质之间的关系提供了一种行之有效的方法。 

该成果以“How Do Molecular Interactions Affect Fluorescence Behavior of AIEgens in Solution and Aggregate States?”为题，最新在线发表于Science China Chemistry上（https://doi.org/10.1007/s11426-021-1083-4）。

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通讯作者简介唐本忠 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，生命与健康科学学院兼职助理教授，博士生导师，校长青年学者。2014年7月毕业于中国科学院上海有机化学研究所并获得博士学位，师从朱道本院士与高希珂研究员。之后加入香港科技大学唐本忠院士课题组进行博士后研究。2020年9月加入东南大学化学化工学院开展独立研究工作。2021年3月加入香港中文大学（深圳）。当前研究方向为分子聚集体光学材料，发光机理及其应用。先后发表SCI收录文章70余篇，引用3500余次，H index: 36。包含8篇ESI高被引论文和2篇ESI热点论文。目前兼任科学出版社聚集诱导发光丛书编委，Aggregate期刊顾问编委，National Science Review客座编辑，Biomaterials客座编辑，作为共同主编编辑出版英国皇家化学会高分子专著一本。

Jonathan E. Halpert 现任香港科技大学化学系助理教授。他的职业生涯始于塔夫茨大学(Tufts University)，之后，他在麻省理工学院(MIT)获得博士学位，研究用于纳米晶体光电器件的半导体纳米晶体(NC)异质结构的设计和合成方法，主要是量子点发光器件(QD-LEDs)。2010年，他获得中国科学院过程工程研究所纳米材料研究室王丹教授团队的博士后资助。之后，在剑桥大学卡文迪什实验室光电子组Neil Greenham教授团队做了两年博士后研究。2013年10月，在惠灵顿维多利亚大学(VUW)担任讲师，在那里他作为卢瑟福发现研究员进行教学和研究(2014-2017年)，高级材料与纳米技术MacDiarmid研究所副研究员(2014-2016年)。2016年，他成为SCPS的高级讲师和MacDiarmid研究所的首席研究员(2016-2017)。2017年，他和他的团队加盟香港科技大学。目前，Halpert教授的工作主要集中在合成新型纳米材料，以构建用于光学和电子应用的薄膜器件。

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