排列组装特定分子 调控功能材料发光

自然科学奖一等奖

“组装诱导纯有机室温磷光”

乐高玩具之所以备受欢迎，是因为它可以通过不同的积木组合来构建新的模型。同样地，巧妙地控制发光分子组合，也能让它们在特定的排列下发出高效或特异性的光。那么，将“发光分子”进行精准组装，又会迸发出怎样的火花？

“发光分子”的组装策略是基于非共价弱作用来实现的，就像通过外力推拉就能改变乐高积木的组合一样，人们也可以通过调控分子间的作用力，实现体系发光性能的精细调控，从而构建面向实际应用场景的发光可调控的智能材料和产品。

“将特定的发光分子进行特定的排列或组装，来增强或实现其在室温下的磷光发射的策略。”这便是华东理工大学化学与分子工程学院马骧教授团队提出的原创性科学理念——“组装诱导发光（Assembling-Induced Emission）”。

令人欣喜的是，通过“组装诱导发光”策略，团队成功构建了一系列高性能的纯有机室温磷光材料。这一突破性的研究成果，不仅对功能染料、有机光电功能材料、光化学和超分子化学领域有重要的科学意义和学术研究价值，更在产品开发方面展现出巨大的应用潜力。

在生物医学成像领域，团队开发的材料可以作为细胞标记和成像的新型工具，有助于提高成像的灵敏度和分辨率。在传感领域，团队开发的材料可以用于开发新型的化学和生物传感器，对于环境监测、食品安全和医疗检测等领域具有重要应用。在防伪领域，团队开发的高效室温磷光材料可以用来制造难以伪造的安全标识，对于货币、证件和高价值商品的防伪具有重要价值。该项目的研究成果已经成功转化为一系列具有自主知识产权的染料和产品体系，通过采用资源丰富的传统染料，并运用巧妙且通用的发光调控和材料构建策略，项目团队实现了产品开发、宏量制备和绿色制造。

“组装诱导发光”策略究竟有何神奇之处？为何要拓展传统染料新的发光性能并开发出高值化的“新东西”呢？

研发人员告诉记者，在发光材料的研究中，传统的无机物或金属有机室温磷光体系存在价格昂贵、毒性大、加工性差等缺点，而晶态堆积虽能实现部分有机体系的室温磷光发射，但无法满足应用环境、重复性和加工性等实用要求。因此，亟待构建非晶态的高效室温磷光功能染料产品，同时满足成本低、易规模化制备等需求。

瞄准世界科技前沿，围绕有机功能染料的发光性能调控、构建高效纯有机室温磷光功能体系这一科学问题，马骧团队开展了系统的应用基础研究，将功能染料产品工程、超分子化学和光化学有机结合起来，原创性地提出了“组装诱导发光”的新机制与新策略。团队采用的非共价作用组装策略和分子工程理念，精细调控能级及其能量转移过程，成功且巧妙地实现了对系列功能染料室温磷光效率的有效调控，丰富了常规染料分子所不具有的发光性能，拓展了传统染料新的功能性应用。

在分子结构与发光性能的探索之路上，研发团队攀登不止。“未来，团队将聚焦如何通过分子结构的调整和组装方式的变化来拓宽磷光颜色范围，如何将室温磷光材料与其他功能材料集成，开发具有多种功能的复合材料，并探索这些发光材料在新兴领域的应用。”马骧教授说。

本报记者 张炯强