科研速遞 | 理工學院唐本忠院士和趙征教授在化學頂級期刊Angewandte Chemie再次發表文章

2022-05-14 新聞

理工學院唐本忠院士和趙征教授在化學頂級期刊《Angewandte Chemie》發表題為“Molecular Motion and Nonradiative Decay: Towards Efficient Photothermal and Photoacoustic Systems”的文章，這是唐本忠院士團隊一個月內連續兩次在化學類頂刊上發表重要工作。

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01《Angewandte Chemie International Edition》期刊介紹

Angewandte Chemie International Edition是1962年John Wiley and Sons Ltd出版的期刊，刊期為Weekly，刊載方向為化學-化學綜合。它是國際化學領域最具影響力的刊物之一，2021年的影響因子為15.336，Top期刊，中科院JCR 1區。

02?背景介紹

眾所周知，分子吸收特定波長的光后會進入激發態，由于處于高能激發態的分子不穩定，總會通過輻射躍遷或者非輻射躍遷的失活過程返回基態。對于輻射躍遷過程，電子的運動發揮了主導作用。而核的運動，也就是分子運動，在非輻射躍遷過程中扮演了重要角色。早在1939年， Gilbert N. Lewis （41次獲得諾貝爾獎提名的著名化學家）和Melvin Calvin (卡爾文循環的發現者，1961年諾貝爾獎獲得者）在一篇綜述文章中明確提及鹵素原子、硝基、苯環等取代基團的分子運動能促進非輻射躍遷過程 （loose bolt effect），進而猝滅熒光發射 （Chem. Rev., 1939, 25, 273-328）。但是，長久以來，人們往往是利用輻射躍遷過程開發高效發光材料，卻鮮有關注非輻射躍遷過程甚至調控分子運動以積極利用這個過程。事實上，在我們自然界中就有很多生動的例子表明非輻射躍遷過程的應用價值，比如視黃醛的分子異構化能夠將光能轉化為化學能進而參與眼睛的視覺感知，DNA堿基的分子運動可以通過極快的內轉換機制將光能轉化為熱能從而避免發生光化學反應進而保護遺傳信息的完整性。

03?綜述內容

近些年來，人們逐漸意識到了非輻射躍遷過程的重要應用價值。特別是聚集誘導發光（Aggregation-Induced Emission, AIE）現象和內在機理的研究, 使得人們重新意識到分子運動在促進非輻射躍遷過程中的重要性。通過借鑒含有諸多分子運動基元的AIE材料的設計理念，2019年唐本忠院士和趙征教授等人提出了“分子內運動誘導光熱轉化” （intramolecular motion-induced photothermy, iMIPT）的概念以獲得性能優異的光熱/光聲材料 （Nat. Commun., 2019, 10, 768. ESI高被引論文)。自此，調控分子運動以制備高效的光熱/光聲材料成為聚集體科學研究領域的重要分支，使得早已在發光領域中碩果累累的AIE分子成為真正能夠“發光發熱”的明星材料。有鑒于AIE概念的又一次重要實踐，香港中文大學(深圳)的唐本忠教授和趙征教授近日發表重要綜述，詳細闡明了分子運動促進非輻射躍遷過程（molecular motion-facilitated nonradiative decay, MMFND）的工作機理，引入分子運動基元構建光熱材料的分子設計策略，以及所獲得的光熱轉化材料在光熱治療、海水淡化、光聲成像等領域的應用。最后，文章從單分子和聚集體水平展望了這類材料的未來發展方向，進一步強調了通過調控分子運動以積極利用非輻射躍遷過程進而開發先進光控材料的重要意義。

圖1.分子運動與發光材料的設計

圖2.自然界中利用分子運動進行能量轉化的例子

圖3.利用分子運動設計光熱材料的典型案例

圖4.具有MMFND性質的光熱材料的應用

作者簡介

香港中文大學（深圳）唐本忠院士和趙征教授為本文通訊作者。第一作者為徐昌活博士。

唐本忠，香港中文大學（深圳）理工學院院長，校長講座教授。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學會聯合會“生物材料科學與工程Fellow”、英國皇家化學會會士、國家自然科學基金基礎科學中心項目負責人，曾任廣東省引進創新科研團隊帶頭人、973計劃項目首席科學家、國家自然科學基金重大項目負責人。現任中國化學會常務理事、華南理工大學和德國威利出版社（Wiley）聯合期刊Aggregate主編、《中國科學：化學》副主編、《化學進展》副主編、Adv. Polym. Sci. （Springer）編輯等。在國內外頂尖雜志上發表論文1600余篇，他引十一萬余次，h指數為151。曾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）、第27屆夸瑞茲密國際科學獎（2014）、美國化學會高分子學術報告獎（2012）、國家自然科學二等獎（2007）、裘槎高級研究成就獎（2007）、中國化學會高分子基礎研究王葆仁獎（2007）和愛思唯爾出版社馮新德聚合物獎（2007）等。

趙征，香港中文大學（深圳）理工學院助理教授，博導，校長青年學者。趙征教授于中國科學院上海有機化學研究所取得博士學位，后赴香港科技大學化學系進行博士后研究，2021年加入香港中文大學（深圳）理工學院擔任助理教授開展研究工作。近年來圍繞激發態的分子運動調控，對 AIE 分子的發光機理、構-效關系以及功能性以及應用探索等進行了系統深入的研究，在提高 AIE 分子的電荷傳輸和發光效率、發展固態分子運動調控的策略、揭示激發態分子運動的本質等方面取得了一系列創新性的研究成果。已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter、ACS Nano.、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater.、Nat. Sci. Rev、Mater. Today、Chem. Sci.等國際頂級期刊發表論文70余篇，論文總計被引用3900余次，H-index為37。目前兼任科學出版社聚集誘導發光系列叢書編委，National Science Review雜志編委，Aggregate雜志顧問編委，Chinese Chemical Letters青年編委，National Science Review雜志客座編輯，Biomaterials雜志客座編輯。

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