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[转载]AIE研究20周年纪念特辑 | 唐本忠院士课题组2019年研究成果集锦

已有 1090 次阅读 2020-4-1 11:03 |个人分类:热点研究|系统分类:论文交流|关键词:学者|文章来源:转载

​| 本文转自纳米人公众号

 
纳米人编辑部对2019年国内外重要科研团队的代表性重要成果进行了梳理,本次向大家介绍的是中国科学院院士、香港科技大学张鉴泉理学教授——唐本忠老师。唐本忠老师主要从事高分子化学和先进功能材料研究,特别是在聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission, AIE)这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果,是AIE概念的提出者和研究的引领者。
 
下面,我们简要总结了唐本忠教授课题组2019年部分研究成果,供大家交流学习。
1)仅限于通讯作者文章,以online时间为准。
2)由于学术有限,所选文章及其表述如有不当,敬请批评指正。
 
以下分为四个方面展开:
Part AIE机理研究的最新进展
Part AIE材料在生物医学成像和治疗领域的研究进展
Part  利用固态下分子运动构建高效光热材料
Part  有机室温磷光材料的最新进展
 
Part AIE机理研究的最新进展
 
1. 芳香性翻转驱动分子内振动用于构建振动受限型聚集诱导发光体系/Nature communications
AIE分子设计目前主要是通过在π体系中引入可旋转基元而实现,而如何通过调控分子内的振动来实现AIE现象已经成为AIE研究领域的一个挑战。有鉴于此,香港科技大学唐本忠院士团队在前期激发态分子运动调控的相关工作基础之上,提出从芳香性的角度来研究分子的激发态运动行为,进而提出通过芳香性翻转来设计振动受限类型聚集诱导发光体系的新策略。
 
该工作的意义在于:从材料的角度,作者提出了一种普适性的策略用于设计振动受限型AIE材料,有望推动振动受限型AIE材料体系的发展及其新应用的探索;从机理上,作者打破了传统AIE分子设计的思维局限,首次提出从芳香性的角度来思考AIE分子激发态运动行为,有助于从根源上理解AIE背后的发光机制。

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Zheng Zhao et al. Non-aromatic annulene-basedaggregation-induced emission system via aromaticity reversal process, Naturecommunications, 2019.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10818-5 
 
2. 暗态通道受限:解释含杂原子AIE体系的新机理模型/Angew. Chem. Int. Ed.
聚集诱导发光的机理研究不仅帮助人们理解这一独特的光物理现象,而且还能有效的指导新材料的合成,因此具有重大的意义。“分子内运动受限(RIM)”是目前广为接受的AIE体系的发光机理。有鉴于此,唐本忠院士团队对RIM机理进行了完善,提出了 “暗态通道受限(RADS)”,从更深层次对RIM机制进行了解读。在本研究中以一个结构简单的具有AIE性质的锌离子探针(APA)作为模型分子,研究了它的多重激发态对其光物理性质的影响。
 
通过理论计算作者发现APA有着两个跃迁性质不同但能量非常接近的激发态,一个是有利于发光的(,*)被称作亮态,一个是不利于发光的(n,*)被称作暗态,在溶液状态下,通过APA分子的络合基团的转动,这两个激发态振动耦合在一起。由于暗态的能量相对较低,当分子受到激发后,会通过运动到达暗态的分子结构,从而猝灭荧光。然而,当APA结合了锌离子或者在聚集状态下,一方面,到达暗态结构的分子运动受到限制,另一方面,锌离子配位和二聚体的形成也会改变分子的激发态的形态和性质。两种因素达成共同的效果“RADS”,从而降低了暗态的猝灭作用。

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Yujie Tu et al. Restrictionof Access to the Dark State: A New Mechanistic Model for Heteroatom‐ContainingAIE Systems, Angew. Chem. Int. Ed., 2019.

https://doi.org/10.1002/anie.201907522 
 
3. 揭示激发态的双键转动在乙基聚集诱导发光分子中的重要作用/Materials Chemistry Frontiers
聚集诱导发光的机理经历了从分子内旋转受限(RIR)到分子内运动受限(RIM)的一步步发展。人们通过实验和理论计算证明了分子运动是导致单分子状态下激发态能量非辐射耗散的主要原因。对于乙烯基聚集诱导发光分子来讲,中间双键的运动可能比周围苯环的转动更加重要。这对于聚集诱导发光的机理研究来讲是十分重要的,然而目前仍没有一个明确的理论被提出。有鉴于此,唐本忠院士团队的研究人员设计合成了二(2,4,6-三甲基苯)乙烯和二(2,4,5-三甲基苯)乙烯两个分子。之前的研究结果表明,平面的共轭分子比扭曲的分子更加刚性,更不容易发生分子内运动。
 
较大的分子内空间位阻使得二(2,4,6-三甲基苯)乙烯中两个苯环的二面角要大于二(2,4,5-三甲基苯)乙烯,晶体结构和气态优化结构证实了这一结果。荧光测试结果显示二(2,4,6-三甲基苯)乙烯具有典型的聚集诱导发光性能,而二(2,4,5-三甲基苯)乙烯却表现出聚集猝灭发光现象。计算结果表明,二(2,4,6-三甲基苯)乙烯在激发态经历了苯环和双键转动,而二(2,4,5-三甲基苯)乙烯却只有苯环的转动。换言之,激发态的双键转动是导致乙烯基聚集诱导发光分子在单分子状态下荧光淬灭的主要原因,而在聚集态时这种运动被有效抑制。

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Haoke Zhang et al. Drawing a clearmechanistic picture for the aggregation-induced emission process, MaterialsChemistry Frontiers, 2019.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/qm/c9qm00156e 
 
4.簇发光的研究进展和前景展望/Materials Today
香港科技大学化学系唐本忠院士团队联合英国杜伦大学的Paul R. McGonigal教授香港城市大学的叶汝全和Andrey L.Rogach教授上海交通大学的袁望章教授以及新加坡国立大学的谢建平教授在《Materials Today》发表了关于簇发光的研究进展和前景展望。在综述中,作者对于簇发光的现象以及机理做出了较全面的总结,概括出了存在于其中的六个特征:
1)簇发光团是基于非共轭结构构建的。通常是非共轭的链将基于n或π电子的基团分割开来;
2)在单分散状态下,仅能得到归属为基于n或π电子基团的短波发射峰。而在形成团簇之后,会在长波位置产生属于空间共轭的簇发光峰;
3)簇发光团在簇集状态下的吸收谱图一般只能表现出单个基团的电子跃迁行为,而其激发谱图相较于吸收谱图会有较大红移。并且,簇发光可由不存在于吸收谱图中的长波长光进行激发;
4)簇发光一般表现出激发依赖的发光行为。即在一定范围内,随着激发波长的增加,发射光也会逐渐红移;
5)簇发光一般表现出团簇“尺寸”依赖的发光行为。这个“尺寸”可以是颗粒的直径、树枝状聚合物的代数或聚合物的分子量。一般认为“尺寸”越大,发光越红,发光效率越高。最近,作者发现这其中还存在一个最优“尺寸”效应,超过这个“尺寸”有可能发光强度会降低。
6)大部分的簇发光化合物都可发射出磷光,有些甚至是室温磷光。

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​Haoke Zhang, Zheng Zhao, Paul R. McGonigal, Ruquan Ye, Shunjie Liu,Jacky W. Y. Lam, Ryan T. K. Kwok, Wang Zhang Yuan, Jianping Xie, Andrey L.Rogach, Ben Zhong Tang, Clusterization-triggered emission: Uncommonluminescence from common materials, Materials Today, 2019.

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2019.08.010 
 
Part  AIE材料在生物医学成像和治疗领域的研究进展
 
5. 含有Anion-π+相互作用的AIE光敏剂用于多靶向、时间分辨光动力抗菌、抗癌治疗/Angew. Chem. Int. Ed.
香港科技大学唐本忠院士团队开发出了一种新型的AIE分子光敏剂,首次实现了具有时间依赖性、细菌细胞多靶向的光动力治疗。受Anion-π+作用构建AIE体系的启发(J. Am. Chem. Soc.2017,139, 16974-16979),作者合成了具有Anion-π+相互作用的AIE分子,4TPA-BQ。
 
该分子集易于制备、一定的水溶性、高的ROS效率、好的生物相容性、良好的靶向选择性、高的光毒性等突出特点于一身。通过调控光敏剂与靶标之间的相互作用时间,成功实现了时间分辨、细菌细胞多靶向的光动力治疗。这种时间分辨选择性抗菌、抗癌光敏剂的开发为从分子本身出发设计新型光敏剂打开了全新的视野,为光动力治疗和传统疗法相结合提供了契机。

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Qiyao Li et al. Time‐dependentPhotodynamic Therapy for Multiple Targets: A Highly Efficient AIE‐activePhotosensitizer for Selective Bacterial Elimination and Cancer Cell Ablation,Angewandte Chemie International Edition, 2019.

https://doi.org/10.1002/anie.201909706 
 
6. 调控温度构筑结构多样化的双光子AIE材料/JACS
一般情况下,不同结构功能化的荧光材料需要利用不同的反应底物通过合适的反应来构筑。基于不同反应温度的控制,唐本忠院士团队首次报道了一种无重金属催化的、无危险有毒物质参与的、有效原子利用率的简易合成方法构筑了两个结构可调控的丙烯腈类AIE荧光材料,这两个AIE荧光材料具有优异的光物理性质,比如大Stokes位移、红光发射、高固体荧光量子产率(高达37.6%)、大的双光子吸收截面(高达504 GM)等。
 
作者通过纳米沉淀法制备了水溶性的纳米材料,证实了其在活细胞、深层组织和活体单/双光子荧光成像中的潜在生物医学应用。重要的是,该工作提供了一种新的简易合成策略来构筑其他基于丙烯腈类多功能双光子荧光材料。

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​Guangle Niu etal. Functionalized Acrylonitriles with Aggregation-Induced Emission:Structure Tuning by Simple Reaction-Condition Variation, Efficient RedEmission, and Two-Photon Bioimaging, Journal of the American Chemical Society,2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b06196 
 
7. 一锅法合成含氮阳离子的多功能聚电解质/JACS
香港科技大学唐本忠院士团队与华南师范大学胡祥龙研究员合作,开发出一种新型聚电解质合成路线,成功制备出一系列多功能含氮阳离子的聚电解质。该聚合路线以简单易得的二炔、烯丙胺和极廉价的酸或盐为原料,在空气氛围中一锅法高效制备聚电解质,产率高达99%。与传统的聚电解质合成方法相比,该方法无需对聚合物进行后修饰,也不需要昂贵且种类有限的离子型单体。该方法不仅提供了新的聚电解质合成策略,还丰富了聚电解质的种类。
 
此外,所得的含氮阳离子聚电解质在白光照射下具有很强的单线态氧产生能力,该系列聚电解质可用于细菌成像和高效杀灭高致病性的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)。

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Xiaolin Liu et al.InSitu Generation of Azonia-containingPolyelectrolytes for Luminescent Photopatterning and Superbug Killing, Journal of the AmericanChemical Society, 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b04757 
 
8. 原位监测细胞凋亡过程的自报告AIE光敏剂/ JACS
光动力治疗作为一种有前景的癌症治疗方法受到科学界广泛应用。然而,高活性光敏剂和强光照仍有导致治疗过量的风险。有鉴于此,唐本忠教授课题组的研究人员选用不同数目的吡啶盐为正电荷单元,通过电荷调控设计并合成了分别带有二、三、四个电荷的AIE材料。
 
因为分子具有较长的共轭结构以及推拉电子效应,三个分子都具有较长波长的发射(610nm),并且具有极高的单线态氧产生能力和优异的光动力治疗效果。在其生物应用探究过程中,作者意外发现带有四个电荷的分子TPE-4EP+在光动力治疗过程中,荧光信号会逐渐从线粒体向细胞核区域转移,并伴随着治疗诱导的细胞凋亡过程。通过实时观测荧光信号的转移,该AIE光敏剂可用于构建原位监测光动力治疗过程的实时自报告系统。

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​Tianfu Zhanget al. In Situ Monitoring Apoptosis Process by a Self-ReportingPhotosensitizer, Journal of the American Chemical Society, 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b00636 
 
9. 聚集诱导发光——高亮度近红外二区荧光染料分子设计策略及小鼠脑炎深层次成像/AFM
目前大多数近红外二区(NIR-II,1000-1700 nm)荧光染料的荧光量子效率较低(QY < 8%),严重制约成像效果。针对该问题,香港科技大学唐本忠院士课题组与南开大学丁丹教授课题组合作,在理解AIE的分子设计理念的基础之上,提出一种高亮度NIR-II荧光染料的分子设计策略:结构扭曲+螺旋形转子。所得到高亮度NIR-II荧光染料最大发射峰位于1030 nm,QY = 11%。
 
为进一步体现所得材料亮度高的优势,研究者探索了其深层次脑炎NIR-II荧光成像应用。为穿越血脑屏障,研究者巧妙的选择了一种免疫细胞-中心粒细胞(具有炎症趋向性),作为活细胞载体。实验结果表明,中性粒细胞能有效携带NIR-II荧光染料到达脑部炎症部位,由于材料本身亮度高,再结合中性粒细胞的选择性富集,脑炎NIR-II荧光成像的信噪比可高达30.6.,成为目前近红外二区以静脉注射方式活体成像检测病灶部位的最高信噪比。

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​Shunjie Liu et al. Constitutional Isomerization Enables BrightNIR‐II AIEgen for Brain‐Inflammation Imaging, Advanced Functional Materials,2019.

https://doi.org/10.1002/adfm.201908125 
 
10. AIE纳米晶体用于活体深层高分辨三次谐波成像/AM
非线性光学成像由于其独特的深度光学切片能力,高空间分辨率和对生物样本的三维重建能力,已成为生物成像研究领域的热点方向。有鉴于此,唐本忠院士钱骏教授合作制备出一种具有聚集诱导非线性光学性质(包括双光子/三光子荧光和三次谐波)的AIE纳米晶体。进一步研究发现,AIE纳米晶体可用于活体小鼠脑部深层高分辨三次谐波成像,其成像效果远远优于其双光子和三光子荧光成像。该研究大大拓展了AIE材料在非线性光学成像领域的应用潜力。

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Zheng Zheng et al. Aggregation‐InducedNonlinear Optical Effects of AIEgen Nanocrystals for Ultradeep In VivoBioimaging, Advanced Materials, 2019.

https://doi.org/10.1002/adma.201904799 
 
11. 分子功能化设计调节细胞器特异性和光动力治疗效率/ACSNano
香港科技大学的唐本忠院士南方医科大学的郑磊教授(共同通讯作者)联合报道了他们以三苯胺-氮杂芴酮为核心设计并合成了一系列PSs。同时,对它们的结构性质-应用关系进行了系统的研究,发现阳离子化分子是通过靶向线粒体来提高AIE PSs的PDT效率的有效策略。
 
从分子单分散状态到聚集状态,由于分子内运动的限制和系间穿越的增强,具有聚集诱导发光(AIE)的PSs同时增强了荧光强度和活性氧产生速率。此外,阳离子化的线粒体靶向PSs的PDT效率高于非离子化的脂滴靶向的PSs。通过将PDT与放射疗法相结合,可以进一步增强AIE PSs杀死癌细胞的能力。总之,该研究结果有利于指导人们设计合成具有更高PDT效率和性能的AIE PSs分子。

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Zhiyang Liu et al. Tuning OrganelleSpecificity and Photodynamic Therapy Efficiency by Molecular Function Design,ACS nano, 2019.

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04430 
 
12. 分子内运动促进荧光-光声-拉曼成像并用于精确手术导航/Chem
目前常用的制备多模式成像试剂的方法是将不同的试剂结合在一个体系中,即将不同功能的多个组分结合(all-in-one),以发挥其各自的作用。该策略虽然有效,但是却面临组成复杂,重复性差等问题,因而限制了其临床转化。另一种策略是单一分子同时具有多种性能(one-for-all),这种探针的组分简单,结构明确,可重复性好,具有更好的临床转化前景。
 
有鉴于此,香港科技大学唐本忠院士南开大学丁丹教授合作,制备出了同时具有近红外荧光、光声和拉曼信号的one-for-all型有机分子探针,利用不同成像模式的优点,将该探针应用于手术前和手术中的不同阶段,可以有效地提高肿瘤手术效果。该研究证明通过调节分子内运动使荧光、光声和拉曼几种性质同时达到最优化,将微观的分子内运动与多种宏观的生物应用有机地结合起来,大大拓展了AIE概念在生物医学领域的应用潜力。

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Ji Qi et al. Boosting fluorescence-photoacoustic-Ramanproperties in one fluorophore for precise cancer surgery, Chem, 2019.

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.07.015 
 
13. 氮氧化物助力AIE探针实现缺氧成像/AFM
氮氧化物是一类具有N+−O官能团的化合物。由于该官能团的两性性质,小分子氮氧化物通常具有良好的水溶性。与此同时,氮氧化物由于自身的氧化性,也可在低氧条件下通过细胞色素P450的还原作用代谢为胺类化合物。在氮氧化物超亲水和低氧下可被生物还原两种性质的启发下,香港科技大学的唐本忠院士课题组报道了一种基于氧化还原反应的用于缺氧成像的AIE探针。由于氮氧基团的两性离子性质,所设计的四苯基乙烯(TPE)氮氧化物具有良好的水溶性。
 
这类分子展现出聚集诱导发光特性,由于分子转子的剧烈运动,它们在水溶液中并不发光。分子的电中性和水合作用也进一步避免了其在生物环境中与带电性物质(尤其是蛋白)发生静电相互作用产生背景荧光信号。所合成的三种氮氧化物可以被亚铁离子还原同时完成从亲水到疏水的转换,由此产生的疏水性聚集体限制了分子内运动,从而开启了它们的荧光。在缺氧条件下,细胞还原酶(CYP450)可以选择性地切断TPE-2E氮氧化物中的N-O键,从而实现点亮型的缺氧成像。

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Changhuo Xu etal. A New Strategy toward “Simple” Water-Soluble AIE Probes for HypoxiaDetection, AdvancedFunctional Materials, 2019.

https://doi.org/10.1002/adfm.201903278 
 
Part  利用固态下分子运动构建高效光热材料
 
14. 分子内运动诱导的光热转化 (iMIPT)/Nature Communications
香港科大唐本忠教授课题组与南开大学丁丹教授合作,成功实现了利用固态下分子运动促进非辐射跃迁产热来构建高效光热材料的设想,并将其用于近红外光声成像。该工作是对前期所提出的聚集诱导发光(AIE)概念的一次逆向思维,相对于AIE类型分子力图抑制分子运动来打开辐射跃迁途径而发出荧光,该工作则致力于最大程度的实现固态下的分子运动来增强非辐射跃迁将光能转化为热能。
 
文章本质是对聚集诱导发光机理的一次反向验证,但同时也为如何利用分子运动构建先进功能材料提供了一条新的思路。基于实验结果,他们提出了分子内运动诱导光热转化(Intramolecular moiton-induced photothermy, iMIPT)这一新的概念。在本工作中,作者在以往分子设计的基础上引入长烷基分叉型侧链来克服固体状态下分子运动的抑制。他们猜测长烷基分叉型侧链可以有效的阻挡分子间强的相互作用,在空间上隔离出一些自由移动空间,实现TPE单元的自由转动,从而实现聚集体以及固体状态下活跃的分子运动以及高效的非辐射跃迁。

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Zhao Z et al. Highly efficient photothermalnanoagent achieved by harvesting energy via excited-state intramolecular motionwithin nanoparticles, Nature communications, 2019.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-08722-z 
 
15. 分子激发态调控增强光热性能/JACS
在肿瘤光热治疗领域,有机染料的常规设计原则是将强电子给体、强电子受体设计成平面共轭结构。其原理为:染料分子在聚集态(即纳米颗粒)时,分子间强相互作用限制分子运动从而增强非辐射跃迁,进而提高光热转化效率。但是这一策略有可能阻止其他非辐射跃迁方式,故有机材料的光热转化效率通常较低。
 
有鉴于此,唐本忠院士南开大学丁丹教授合作,对前期分子内运动增强光热效应的研究思想进行进一步拓展,通过分叉烷基链的空间隔离效应来调控激发态分子内扭曲电荷转移(TICT)性质从而增强非辐射跃迁,提高光热转化。其中,支化长烷基链的存在对TICT性质的调节起到至关重要作用。在溶液态下,长烷基链有助于分子扭曲,其更有利于TICT态的形成。在聚集态下,烷基链的支化作用可以有效减弱分子间强相互作用,给分子内旋转提供了空间,因而有利于TICT态的形成,从而增强了非辐射跃迁和光热转化效率。

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Shunjie Liu etal. Molecular Motion in Aggregates: Manipulating TICT for Boosting PhotothermalTheranostics, Journal of the American Chemical Society, 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.8b13889 
 
16. AIE材料在光声诱导的光动力-光热癌症治疗方面的应用/Angew. Chem. Int. Ed.
该工作主要阐述了如何有效利用AIE材料的非辐射衰变途径所消散的能量。通过简便的合成途径制备了一系列结构扭曲、含有很多转子、在深红区有强吸收的AIE分子。分子动态模拟显示其中一个分子(命名为TFM)在固态以非晶态形式存在,并且分子的排列杂乱无章,这些特征极大地促进了分子在聚集态的高效转动,大大提升了激发态能量通过非辐射衰变途径消散的效率。实验表明,TFM纳米颗粒具有较高的光热转化效率、良好的光声效果以及高效的产生活性氧的能力。研究发现,TFM纳米颗粒可以以较高的特异性在小鼠的皮下肿瘤部位富集,并且在激光照射下,TFM纳米颗粒能够有效抑制小鼠肿瘤的生长,直至基本上完全消除肿瘤。此研究不仅为聚集诱导发光材料在生物领域的应用提供了一个新的思路,也为新一代诊疗一体化材料的制备提供了一个优良模板。

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Dong Wang et al. Boosting Non‐Radiative Decay to DoUseful Work: Development of a Multi‐Modality Theranostic System from an AIEgen,Angew. Chem. Int. Ed., 2019.

https://doi.org/10.1002/ange.201900366 
 
Part  有机室温磷光材料的最新进展
 
17. 旧瓶装新酒之超分子作用力延长的冠醚室温磷光寿命/Angew. Chem. Int. Ed.
超分子大环主体在设计智能材料领域吸引了广泛的关注。然而对于他们的发光性质,特别是三线态的发光及其调节的研究还是十分少见的。有鉴于此,香港科技大学唐本忠院士团队发现冠醚这个传统大环在晶态下具有室温磷光现象。它固有的氧原子既为磷光发射提供了可能,同时也可以提供多重的分子间或分子内作用力从而限制分子运动,提高磷光寿命。
 
他们研究了四种具有不同空腔大小的冠醚,通过控制甘醇链的长度,可以控制分子间或分子内作用力的紧密程度从而来控制磷光寿命。DB30C10由于具有比其他三种冠醚都更为丰富的超分子作用力,更为紧密的分子堆积,从而展现了最长的寿命。四种冠醚在络合钾离子后寿命都有一定提高。利用这种“激活型”的磷光,研究人员非常方便地在固态下构建了一种高级的多层次的信息加密系统,提高了存储信息的安全程度。这项工作为传统的冠状醚打开了一个新的世界,同时其固有的客体响应性可以通过精确设计来制备更多智能发光材料。

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Peifa Wei et al.New Wine in Old Bottle: ProlongingRoom‐Temperature Phosphorescence of Crown Ethers by Supramolecular Interactions,Angew. Chem. Int. Ed., 2019.

https://doi.org/10.1002/anie.201912155 
 
18.基于纯有机“簇激子”的光致和力致超长室温磷光/Nature Communications
要实现超长寿命有机室温磷光,可从自然界的长余辉矿石中寻找灵感,这类无机余辉实现一般基于三步:(1)客体被激发,(2)主体缺陷作为客体被激发电子的陷阱,产生电荷分离态,(3)最后在热能作用下客体电子缓慢重组实现长余辉。Adachi团队曾模仿这一无机体系中主客体电荷分离的机理实现了长达一小时以上的纯有机室温余辉,但纯有机体系中通过电荷分离态实现长余辉可能不是普适策略,目前报道还只是个例。相对来说,基于分子磷光(即三线态发射)的机理可能更为普适和精准。
 
有鉴于此,香港科技大学唐本忠院士团队报道了一种简易的主客体室温磷光体系,该体系构建自一系列商业化的纯有机试剂,实现了同时高效率和超长寿命的室温磷光,并且该体系的超长室温磷光能通过机械力激发;更重要的是,该团队在纯有机室温磷光体系中首次引入了超快光谱的表征手段,阐述了主客体在激发态光物理中的协同作用,即主体与客体共同在激发态形成了“簇激子”这一过渡态。最后,作者展示了这一廉价、简易的URTP体系在防伪、压力/刮痕检测等领域具有实际应用潜能。

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Xuepeng Zhang etal. Ultralong UV/Mechano-Excited Room Temperature Phosphorescence from PurelyOrganic Cluster Excitons, Nature communications, 2019.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-13048-x 
 
19. 通过分子内三线态-三线态能量转移来实现高效且长寿命的纯有机物室温磷光材料/NatureCommunications
余辉是一种有趣的发光现象,在化学传感、防伪、信息存储、生物成像等领域有着特殊的应用。基于前期关于有机室温磷光体系理论研究,唐本忠院士课题组提出一种全新的分子结构设计策略,同时实现有机室温磷光发射的高效率和长寿命。
 
他们借用高效的分子内三重态-三重态能量转移(intramolecular triplet-tripletenergy transfer,TTET)过程,连接(溴)二苯并呋喃或(溴)二苯并噻吩与咔唑单元为分子整体,利用咔唑吸收激发光源生成最低单线态(S1),(溴)二苯并呋喃或(溴)二苯并噻吩可以促进分子内激发单线态与三线态的高效系间窜越,提供了三线态(Tn)桥梁,Tn虽然可以高效生成但是(发光)寿命短;分子内几乎定量的三线态-三线态能量转移使分子激发态最终到达低能级的咔唑三线态(T1),由于具有纯的3(π, π*)激发态特征而发射出长寿命的磷光。TTET成功分离高效系间窜越产生的Tn中心和用于长寿命发光的中心T1,分子结构上允许有机室温磷光发射的高效率和长寿命,从根本上解决了二者不可兼得的矛盾关系。

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​Weijun Zhao et al. Boosting the efficiency of organic persistentroom-temperature phosphorescence by intramolecular triplet-triplet energytransfer, Nature communications, 2019. 

https://doi.org/10.1038/s41467-019-09561-8 
 
除此之外,唐本忠教授课题组2019年在三键聚合方法学,超分子自组装和水凝胶,手性聚集诱导发光材料,基于活化炔的生物偶联方法等领域取得了一系列重要成果,由于内容较多,在此不一一列出。感兴趣的读者可前往唐本忠教授课题组网站学习,对AIE材料有需求的读者亦可前往艾伊津生物科技有限公司的网站进一步了解AIE材料的产品开发。
 
唐本忠院士简介

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唐本忠,香港科技大学化学系教授,1957年2月生1982年于华南理工大学获学士学位1985年1988年先后获日本京都大学硕士博士学位曾在多伦多大学化学与药学系从事博士后研究日本NEOS公司中央研究所任高级研究员2009年当选中国科学院院士,2013年入选英国皇家化学会Fellow,2015年担任国家人体组织功能重建工程技术研究中心香港分中心主任,2017年起受聘为华南理工大学-香港科技大学联合研究院院长。

 
已发表学术论文1600多篇总引约90000次h影响因子为140,在学术会议上作了400多场邀请报告拥有50多项专利现任ACS新闻周刊Noteworthy Chemistry专栏科学新闻撰稿人,Materials Chemistry Frontier (RSC)总主编英国皇家化学学会(RSC)高分子化学丛书主编Polymer Chemistry(RSC)和Progress in Chemistry杂志副主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等
 
2014-2019年连续当选全球材料和化学领域“高被引科学家”。2016年,AIE纳米粒子被《Nature》列为支撑即将来临的纳米光革命的四大纳米材料之一,并是唯一一种由中国科学家原创的新材料;同年,美国CNBC电视台以“Year of Cancer”的主题,实况专访唐院士,向全球直播介绍AIE荧光探针在识别癌症细胞等领域的应用。荣获2017年度何梁何利基金科学与技术进步奖,以第一项目完成人身份凭“聚集诱导发光”项目获得2017年度国家自然科学一等奖,并获得科技盛典-CCTV2018年度科技创新人物。
 
课题组链接:
香港科技大学课题组:https://tangbz.ust.hk/tbz.html 
华南理工大学课题组:http://www.aiepolymer.com/ 
深圳大学AIE研究中心:https://www.x-mol.com/groups/tang_bz_szu 
艾伊津生物科技有限公司(AIEgen BiotechCo., Limited):http://www.aiegen.com.hk/ 



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