華南理工大學唐本忠院士/王志明研究員《Mater. Horiz.》：原位納米晶製備的新策略——光誘導結晶螢光增強

光，是我們體驗這個世界的基礎；人類在黑暗中摸索，直到迎來黎明。作為無毒無害的重要能源，光在人類文明的發展中起著不可或缺的作用。例如，光合作用是維持著生態平衡的重要過程，其主要是由綠色植物吸收二氧化碳（CO2）和水（H2O）產生有機物質並釋放氧氣。如果沒有光，這種平衡將會被打破，人類的生存將會受到巨大的威脅。利用光來開發更多新的智能材料（如光刻、儲存和信號轉換等）一直得到眾多研究人員的關注，並通過各種形式改善著我們的生活。

其中，光激活材料由於其在超解析度成像、生物傳感和光學開關相關領域中的潛在應用，得到越來越多研究團隊的關注。然而，常見的光激活行為通常是由光化學過程主導的，例如光致關環-開環和光學異構化等；大多數情況下，這些反應在兩個或多個穩態分子之間進行切換或轉化，但通常會伴隨著不明的中間產物的產生，這些可能會帶來不必要的能量耗散或不可逆性受損；因此，利用這種光化學的機制來實現光激活的材料仍存在很多亟待解決的問題。相比之下，光物理主導的光激活過程顯得較有優勢，但是材料實例體系鮮有報導。聚集誘導發光（AIE）是唐本忠院士團隊於2001年報導的一類「反常」光物理行為，相對於傳統發光材料聚集導致螢光淬滅（ACQ）效應，從根本上解決了長期限制聚集態發光效率提高的瓶頸，在光電器件、生物成像和疾病診療中展現了巨大的應用前景。

近期，華南理工大學唐本忠院士團隊王志明研究員課題組提出一種基於AIE思想且光物理過程主導的新型光激活材料實例---光誘導結晶螢光增強（Photo-induced Crystallization with Emission Enhancement，PICEE）。該工作採用四苯基乙烯（TPE）骨架製備成異喹啉的有機鹽衍生物（TIOdB），除了具有顯著的AIE現象外，其在低功率連續光照射下，其在溶液中的螢光強度大幅度增強，具有顯著的光激活特性。通過核磁、吸收-發射光譜等數據分析，該光激活過程並沒有發生常見的化學反應，而是由光誘導分子聚集變化為主導的物理行為。通過SEM形貌表徵，我們可以直觀地觀察到，隨著輻照時間的延長，原本無規則的小的納米顆粒逐漸消失並伴隨著明顯的大尺寸的晶體的形成，加之其AIE特性而導致螢光增強。藉助晶體分析和初步的理論計算，這種物理過程可以解釋為：在光激發下，激發態的TIOdB分子構象發生了變化，導致其通過分子間的強相互作用形成更加規整有序的排列，如納米晶體或更大更緊密的聚集體。另外，所用光照強度與其螢光增加強度之間存在一定的線性關係，這在優化與監測植物生長條件上具有一定的應用潛力；同時，TIOdB具有良好生物相容性，其在高質量生物光激活螢光成像和診療中具有非常大的應用前景。這些結果表明，PICEE過程可以為設計原位形成納米晶體和開發更多具有新的光激活機制的多功能材料提供一種新的策略。

相關成果日前以「Photo-induced Crystallization with Emission Enhancement (PICEE)」為題發表於《Materials Horizons》，文章第一作者為華南理工大學博士研究生陳孔麒，通訊作者為華南理工大學王志明研究員和唐本忠院士。

來源：高分子科學前沿

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