港中深唐本忠院士/趙征教授、河南農大劉立杰團隊JACS

導讀

近日，港中深唐本忠院士、趙征教授、河南農大劉立杰團隊在有機硼聚集誘導發光材料領域取得重要研究進展。團隊創新的構建了一類新型有機硼聚集誘導發光（Aggregation-Induced Emission，AIE）材料，實現了聚集誘導發光、穩定自由基化學與電致變色功能在單一有機硼分子平臺中的協同集成，建立了從分子運動調控、電子態重構到器件功能輸出之間的內在聯系，實現了有機硼自由基覆蓋可見光至近紅外Ⅱ區（Vis–NIR-II）的超寬光譜吸收響應，為閉殼態/開殼態有機功能材料設計提供了新的理論基礎和分子設計范式，對發展新一代有機硼智能光電材料具有重要科學意義。相關成果以 "Arylboron Tetraphenylethylene-analog AIEgens Enabling Reversible Closed-Shell/Open-Shell Switching" 為題，發表在國際化學領域頂級期刊《J. Am. Chem. Soc.》（10.1021/jacs.6c10644）上。

聚集誘導發光（AIE）材料能夠有效克服傳統熒光材料在聚集態下的發光猝滅（ACQ）問題，是當前國際功能光電材料領域的重要研究方向。四苯乙烯（TPE）作為最具代表性的AIE分子骨架，其發光主要來源于分子內運動受限（Restriction of Intramolecular Motion，RIM）機制。然而，長期以來相關研究主要集中于外圍官能團修飾，對于分子核心轉子結構的精準調控仍相對不足，這在一定程度上限制了AIE發光機制的深入認識及其多功能應用的發展。

圖1. 芳基硼類四苯乙烯AIE材料的分子設計：轉子鎖定策略、聚集誘導發光機理、力致/壓致變色、自由基特性及其在智能電致變色天幕中的應用。

針對上述科學問題，研究團隊創新提出了“分子結構調控—電子態重構”協同設計策略，首次構建了一類芳基硼功能化四苯乙烯聚集誘導發光材料。研究通過轉子鎖定策略，系統揭示了核心轉子結構對RIM型AIE行為的調控機制，實現了發光性能與分子構象之間的精準關聯。同時，依托有機硼獨特的空p軌道和可逆氧化還原特性，該體系能夠在電化學條件下可逆生成穩定的烯硼式自由基，實現閉殼態與開殼態之間的可控切換，并獲得覆蓋可見光至近紅外Ⅱ區（Vis–NIR-II）的超寬吸收響應，為穩定有機自由基材料設計提供了新的研究思路。

圖2. 芳基硼AIE材料的分子設計、晶體結構及分子堆積。

圖3. 芳基硼AIE材料的吸收與發光性質、低溫磷光行為及理論計算分析。

圖4. 芳基硼AIE材料的聚集誘導發光性能及分子內運動受限（RIM）機制研究。

圖5. 芳基硼AIE材料的力致/壓致變色性能及響應機制。

圖6. 芳基硼自由基的制備與表征、可見光至近紅外Ⅱ區（Vis–NIR-II）超寬光譜響應及理論計算分析。

在此基礎上，團隊進一步構筑了基于芳基硼自由基的新型電致變色材料與器件，實現了高光學對比度、快速響應和優異循環穩定性的電致變色性能，并成功拓展至圖案化智能顯示、大面積智能變色窗、光自適應智能電致變色天幕系統以及多級信息加密平臺等應用場景，充分展示了該體系在智能光電材料和未來智能顯示領域的重要應用潛力。

圖7. 芳基硼電致變色器件的構筑及性能表征。

圖8. 芳基硼電致變色器件在智能顯示、智能窗、光自適應天幕及信息加密中的應用。

總結

該研究實現了AIE發光、自由基化學與Vis–NIR-II電致變色功能在單一有機硼分子平臺中的協同集成，建立了從分子運動調控、電子態重構到器件功能輸出之間的內在聯系，為閉殼態/開殼態有機功能材料設計提供了新的理論基礎和分子設計范式，對發展新一代有機硼智能光電材料具有重要科學意義。

河南農業大學化學與材料學院碩士研究生高浩雨為論文第一作者，河南農業大學劉立杰老師為第一通訊作者，香港中文大學（深圳）唐本忠院士、趙征教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、河南農業大學“拔尖人才”計劃等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c10644

研究團隊介紹

唐本忠，中國科學院院士、發展中國家科學院院士、亞太材料科學院院士、國際生物材料科學與工程會士、英國皇家化學會會士、美國醫學與生物工程院會士，曾任973計劃項目首席科學家、國家自然科學基金基礎科學中心項目和重大項目負責人、廣東省引進創新科研團隊帶頭人等。現任中國化學會常務理事、華南理工大學和Wiley聯合期刊Aggregate主編、《中國科學：化學》副主編、《化學進展》副主編等。2001年在國際上首次提出了AIE的概念并闡述了該現象的機理，創制了一系列具有原始創新性和自主知識產權的發光新材料，開發了它們在光電器件、化學檢測和生物傳感等領域的高技術應用，開創了一個中國科學家引領、國外科學家跟進的新研究領域。作為AIE概念的提出者和研究的引領者，迄今已發表學術論文2700余篇，總引用超過258,000次，h指數達220，連續入選化學和材料雙領域高被引用科學家。唐本忠教授先后獲得多項榮譽及獎勵，如國家自然科學一等獎（2017）、何梁何利科學與技術進步獎（2017）、中國化學會-唐敖慶化學獎（2026）、法國化學會中-法化學講座獎（2025）、中國化學會–中國石油化工股份有限公司化學貢獻獎（2024）、廣東省科學技術獎突出貢獻獎（2024）、Nano Today Award（2024）、Biomaterials全球影響力獎（2023）等。

課題組網站：https://www.x-mol.com/groups/tang-benzhong-cuhksz

趙征，博士生導師，香港中文大學（深圳）理工學院助理教授、醫學院客座助理教授、香港中文大學（深圳）校長青年學者、深圳市鵬城孔雀計劃特聘崗C類人才、深圳市分子聚集體功能材料重點實驗室執行主任、香港中文大學（深圳）附屬第二醫院AIE臨床轉化中心執行副主任、中國人體健康科技促進會臨床微生物與感染精準檢驗專業委員會常務委員、中國抗癌協會醫工整合專業委員會委員、中國感光學會光學傳感與診療專委會委員、Materials Chemistry Frontiers 新銳科學家、Journal of Materials Chemistry B新銳科學家、Chemical Communications新銳科學家、Science China Chemistry新銳科學家、自2021年起連續入選全球前2%頂尖科學家榜單、獲首屆中國化學會朱道本有機固體青年創新獎、江蘇省林學會林業科學技術二等獎，廣西省科技二等獎、河南省醫學科技一等獎。研究方向為新型聚集體功能材料、有機光敏劑、近紅外二區光學材料的生物醫學醫用等。截至目前已在Nat. Photonics., Nat. commun.，Matter., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Inter. Ed.，Adv. Mater等國際期刊公開發表SCI收錄文章130余篇，引用16000余次，H index: 65。主持科技部重點研發計劃課題、國家自然科學基金海外優秀青年基金、國自然面上項目等。

課題組網站：https://www.x-mol.com/groups/zhao_zheng/people/17259

劉立杰，博士生導師，河南農業大學化學與材料學院“拔尖人才”校聘教授，中國化學會高級會員。2019年博士畢業于北京理工大學，導師王蘇寧教授（加拿大皇家科學院院士），2018年在加拿大女王大學（Queen's Univesity）做聯合培養博士生，2019年-2020年在香港科技大學從事博士后研究，合作導師唐本忠院士，楊晶磊教授。2021年入選河南農業大學“拔尖人才”項目，主持國家自然科學基金項目1項，省部級基金項目3項，長期從事聚集誘導磷光材料及機理研究、有機硼光化學、多重刺激響應材料，農業可視化傳感材料的研究。迄今已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int .Ed., Biosensor Bioelectron, Anal. Chem.等國際期刊上發表論文50余篇，被引1400余次，H-index = 21。

課題組網站：https://www.x-mol.com/groups/lijieliu