英文原题：Dual-Excited-State Intramolecular Proton Transfer Pathways Observed in Fisetin

通讯作者：陈缙泉，华东师范大学精密光谱科学与技术高等研究院，山西大学极端光学协同创新中心；潘海峰，华东师范大学精密光谱科学与技术高等研究院

作者：Zijin Chen (陈姿瑾)，Ziwei Chen (陈子薇)，Xueli Wang (王雪力)，Haifeng Pan* (潘海峰)，Jinquan Chen* (陈缙泉)

背景介绍

黄酮类化合物是植物中典型酚类次生代谢物，兼具紫外过滤、植保素功能与抗氧化、金属螯合等活性，是功能食品、保健品的重要先导化合物，其本征荧光特性与治疗价值使其成为光物理领域研究热点。羟基黄酮因独特质子转移特性成为荧光传感研究重点，其中3-羟基黄酮（3-HF）的激发态分子内质子转移（ESIPT）荧光量子产率高、动力学快，是荧光探针设计的理想骨架，其双荧光发射源于分子内氢键调控，基态弱氢键的烯醇结构在 S₁激发后，因电子密度重排强化氢键、降低质子转移能垒，形成酮式互变异构体，而溶剂与分子的竞争性氢键会抑制 ESIPT，因此微环境调控是羟基黄酮荧光探针设计的核心策略。

现有研究发现3-HF的ESIPT遵循双指数动力学且对环境高度敏感，但皮秒级组分的起源存在诸多争议，近年研究表明高能激发态（Sₙ）可能参与 ESIPT 过程，但其对质子转移动力学的具体影响机制仍不明确。非瑟酮作为3-羟基黄酮衍生物，前期研究发现其在高极性非质子溶剂中存在特殊的亚皮秒动力学组分，且 S₂态介导的 ESIPT 通道占主导，其内在作用机制亟待深入阐释。

文章亮点

近日，华东师范大学陈缙泉教授团队在Photon Science上发表了题为“Dual-Excited-State Intramolecular Proton Transfer Pathways Observed in Fisetin”的研究论文。该研究结合飞秒瞬态吸收光谱、时间分辨中红外光谱与含时密度泛函理论计算，系统探究了非瑟酮在不同溶剂中的 ESIPT 动力学，首次直接观测到其在丙酮、乙腈等高极性非质子溶剂中的双 ESIPT 路径，发现即便选择性激发S₁态，S₂介导的ESIPT通道仍占主导且占比随激发波长蓝移而降低，揭示了其激发态弛豫机制并证实双路径ESIPT是3-羟基黄酮骨架的固有光物理特性，为羟基黄酮类荧光探针的设计奠定了重要实验与理论基础。

研究通过稳态光谱明确非瑟酮在二氧六环、丙酮、乙腈中均呈现 N*（正常态）、T*（质子转移互变异构态）双荧光发射，荧光峰随溶剂极性增加红移、量子产率降低，证实其荧光性质对环境极性高度敏感；结合飞秒瞬态吸收光谱，发现高极性溶剂中存在特有的亚皮秒动力学组分，源于N*-S₁态向N*-S₂态快速弛豫，而低极性二氧六环中仅存在S₁态介导的单ESIPT路径，明确溶剂极性对非瑟酮ESIPT路径的关键调控作用。

图1. 非瑟酮的激发态质子转移机制及在二氧六环、丙酮、乙腈中的吸收光谱（红色）、370 nm激发下的荧光发射光谱（蓝色）及发射光谱放大图（虚线）。

利用飞秒瞬态吸收光谱对比了非瑟酮在低极性二氧六环与高极性丙酮、乙腈中的 ESIPT动力学，发现高极性溶剂中存在特有的亚皮秒组分，该组分源于Franck-Condon区N*-S₁态向能量更低的N*-S₂态的快速弛豫；而低极性二氧六环中仅存在S₁态介导的单一路径，明确了溶剂极性对非瑟酮ESIPT路径的调控作用。

图2. 370 nm激发下非瑟酮在二氧六环、丙酮、乙腈中的飞秒瞬态吸收光谱及全局拟合得到的衰减关联差谱，不同溶剂中存在特征等吸光点与动力学组分差异。

通过240-370 nm变波长激发实验，发现N*-S₂态的布居数随激发光子能量增加而升高，且即便370 nm选择性激发S₁态，乙腈中S₂介导的ESIPT通道占比仍达 82%；结合时间分辨红外光谱，观测到1495 cm⁻¹（N*-S₁）与1448 cm⁻¹（N*-S₂）特征峰的同步消长，为S₁→S₂态的布居转移提供了直接光谱证据。同时通过对T态受激发射信号的定量拟合，明确不同激发波长下S₂介导ESIPT通道占比为 38%-85%，结合理论计算证实非瑟酮N-S₁与N*-S₂态存在能量简并，且S₂态特有振动模式是其介导通道占主导的关键。

图3. 370 nm激发下乙腈中非瑟酮的飞秒瞬态吸收光谱及560-590 nm光谱区域积分强度的动力学拟合曲线。

总结/展望

本研究系统解析了非瑟酮在不同溶剂中的激发态分子内质子转移动力学，首次直接观测到其在高极性非质子溶剂中的双ESIPT路径，明确了S₂介导的通道为核心路径，且S₁态会优先布居至S₂态再发生质子转移，揭示了溶剂极性、激发波长对ESIPT路径的调控规律，同时从分子振动与电子结构角度阐释了双路径的作用机制，进一步证实双路径ESIPT是3-羟基黄酮骨架的固有光物理特性。该研究不仅完善了羟基黄酮类化合物的ESIPT理论体系，还为设计具有激发波长依赖性响应的荧光探针提供了全新的设计思路，有望推动羟基黄酮在生物传感、环境检测等领域的应用。未来研究可基于该机制，通过分子修饰调控羟基黄酮的激发态能级与振动模式，实现了ESIPT路径的精准调控，开发性能更优异的荧光传感材料。

相关论文发表在Photon Science上，陈姿瑾为文章第一作者，陈缙泉教授、潘海峰教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目的资助。

通讯作者信息

陈缙泉 教授 

华东师范大学精密光谱科学与技术高等研究院教授，2003-2007年在南京大学进行了本科阶段的学习，后于2007-2012年在美国俄亥俄州立大学(The Ohio State University) 取得博士学位。然后于2012-2013年在美国蒙大拿州立大学(Montana State University) 和2013-2015年在埃默里大学(Emory University) 进行了两阶段博士后研究工作。主要研究方向是高灵敏超快时间分辨手性光谱技术的发展和应用该技术研究分子体系中手性产生、放大的机理以及与分子激发态动力学过程的关联，近年来工作已在Science，Journal of the American Chemical Society，Angewandte Chemie International Edition，Nature Communications，Chem等期刊发表，目前共发表论文130余篇。2019年入选上海市青年科技启明星计划。目前担任上海市生物物理学会副理事长，《Chinese Journal of Chemical Physics》青年编委。

潘海峰 教授级高级工程师

华东师范大学精密光谱科学与技术高等研究院教授级高级工程师，曾获得上海市技术发明二等奖（主要完成人之一）、上海市大型科学仪器设施共享服务先进个人、上海市教卫工作党委系统“先进党务工作者”、华东师范大学研究生教育卓越育人奖等荣誉奖励。目前担任精密光谱科学与技术国家重点实验室、精密光谱科学与技术高等研究院工程技术团队负责人，华东师范大学公共创新服务平台精密机械加工中心主任、高端装备创制维护中心主任。担任上海市电子学会智能制造专委会副主任，上海市科委、上海市人社局专业技术人员继续教育基地课程建设专家，上海市市级财政评审专家等。发表学术论文超过130篇，申请发明专利12项，承担国家自然科学基金等各类科研任务20余项。

扫描二维码阅读英文原文

Photon Sci. 2026

https://doi.org/10.1021/photonsci.6c00003

Publication Date: March 4, 2026

© 2026 The Authors. Co-published by ShanghaiTech University and American Chemical Society. 

关于Photon Science 

作为一本国际化、高定位、跨学科的开放获取期刊，Photon Science 重点发表但不限于基于光子、电子、中子设施等重大科技基础设施开展的化学转化与能源材料等领域的研究。期刊同时也报道具有推动化学和材料科学发展潜力的仪器技术、方法学和数据研究方面的进展。

期刊将发表多种类型文章，包括研究论文(Article)、通讯(Communication)、综述(Review)、前瞻观点(Perspective)、方法(Methods/Protocols)、评论(Commentary)和社论(Editorial)。

• 2027年12月31日之前提交的所有文章，如果经同行评审后被接收，将自动免除文章出版费（APC）

 期刊编辑团队  

Photon Science由美国劳伦斯伯克利国家实验室高级科学家杨万里博士担任创刊主编，上海科技大学刘志教授担任创刊执行主编，德国马普学会弗里茨·哈伯研究所Hendrik Bluhm博士、意大利特里斯特电子同步辐射光源Laura Foglia博士、美国阿贡国家实验室Hua Zhou博士担任创刊副主编。编委团队包括来自中国、美国、德国、英国、瑞典、日本、瑞士等国家32位全球顶尖学者。

所有的稿件都将经过严格的、公平的、高效的同行评审，我们致力于以期刊的文章质量赢得读者的信任。如有任何疑问，请发送电子邮件至eic@photonsci.acs.org。