黑色素混乱复杂的网络结构为其带来了有趣的物理化学性能，如在宽泛的波长范围内(300-1400nm)逐级递减的连续吸收特性等。然而，复杂的结构使得人们难以建立清晰的构效关系，也难以实现对其光吸收行为的有效调控，这已成为领域公认的瓶颈问题。针对此难题，四川大学李乙文教授团队系统提出了五类材料化学调控策略，有效调节材料中的共轭分子长度、能带隙和电荷转移路径，从而提升黑色素从紫光区到近红外光区的吸收能力，拓展了黑色素材料在生物医学、能源和环境等领域的应用潜力，为优化更多具有复杂结构且难工程化的光热材料体系提供了新思路（图1）。
图1. 黑色素材料的光吸收与光热行为调控策略。图片来源Acc. Chem. Res.。
四川大学高分子科学与工程学院李乙文教授团队长期致力于人造黑色素材料的结构设计与关键性能调控。近日，该团队以封面形式在Accounts of Chemical Research发表论文，系统阐述了黑色素材料的光吸收与光热性能的调控策略。针对这一瓶颈问题，团队在前期工作中证实了黑色素材料的光热转换主要依赖于非辐射衰变过程，吸收的光可在1纳秒内转化为热能，而几乎不产生荧光和磷光。因此，调节黑色素材料的光吸收才是调控其光热能力的有效方法。基于此，研究团队系统提出了五类材料化学调控策略：包括形态调控策略、杂化集成策略、金属离子螯合策略、共价掺杂策略以及缩合聚合策略（图2-3）。这些策略可以有效调节材料中的共轭分子长度、能带隙和电荷转移路径，从而提升黑色素从紫光区到近红外光区的吸收能力。
图2. 利用配体-金属离子电荷转移效应增强黑色素的光吸收与光热转换效率。图片来源Acc. Chem. Res.。
图3. 构建电子给体-受体对降低材料的能带隙，促进吸收光谱红移，得到“更黑”的黑色素材料。图片来源Acc. Chem. Res.。
接下来，黑色素材料可通过多种加工方式构建不同形态的功能复合与杂化材料，包括一维纳米纤维材料、二维薄膜材料、三维的的纳米粒子与胶囊、水凝胶以及弹性体材料等，被广泛应用于肿瘤光热治疗、太阳能海水淡化、药物控释和柔性电子器件等领域，此外，这些材料还在环境修复、光催化、智能传感等领域展现出有趣的应用前景，为开发新一代多功能光热材料提供了重要思路。
最后，黑色素材料作为新概念仿生材料，填补了天然生物色素与合成功能材料之间的关键空白，展现出了独特的光吸收与光热转换特性。然而，当前研究仍存在若干重要挑战：首先，对聚合反应机理和发色团组成的认识尚不完善，特别是在不同合成条件下的结构演变规律仍需深入探索；其次，现有研究多集中于平衡态下的性能表征，而对材料在实际应用环境中（如动态应力、极端温度或复杂介质等非平衡条件下）的结构稳定性和性能演变机制知之甚少。此外，如何平衡材料的光热效率与生物相容性、加工性能之间的关系，也是实现其产业化应用必须解决的关键问题。未来研究需重点关注黑色素材料在复杂环境中的构效关系，发展人工智能与高通量实验表征相结合的研究方法，为开发新一代光热材料提供更全面的理论指导和技术支撑。
该工作的通讯作者为四川大学高分子科学与工程学院李乙文教授和空天科学与工程学院杨磊副研究员。第一作者为西南林业大学邹元博士（四川大学毕业生）。该工作得到了国家自然科学基金杰青项目、四川省自然科学基金创新研究群体等多个科研项目的资助。
作者简介
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第一作者简介：
邹元，2022年在四川大学获得博士学位，师从李乙文教授。现任西南林业大学材料与化学工程学院讲师，从事新型黑色素材料的设计与应用研究。近年来以第一作者身份在Sci. Adv., Macromolecules, Mater. Today等杂志发表多篇学术论文。
通讯作者简介：
杨磊，现任四川大学空天科学与工程学院副研究员，从事航空航天用高性能复合材料与生物材料的开发。近年来以第一/通讯作者在 Adv. Funct. Mater., CCS Chem., Nano Today等杂志上发表多篇学术论文。
李乙文，现任四川大学高分子科学与工程学院教授，先进高分子材料全国重点实验室副主任, 国家杰出青年基金获得者，国家科技重大专项首席科学家。担任国家重点研发计划“可再生能源技术”和“纳米前沿”两个专项的专家组成员，中国化学会高分子学科委员会和应用化学学科委员会委员。担任Chin. J. Polym. Sci.副主编，以及Fundamental Res.，Macromol. Rapid Commun., Polymer等数十个杂志的编委。近年来致力于人造黑色素等新概念材料的基础与转化研究，入选《麻省理工科技评论》“科技创新35人”名单，获得四川省自然科学一等奖和冯新德高分子奖等奖励。
论文信息：
Zou, Y.; Wang, T.; Lin, X.; Yang, L.; Li, Y. Regulation of the Light Absorption and Photothermal Performance of Melanin-Like Polymers. Acc. Chem. Res. 2025. DOI: 10.1021/acs.accounts.5c00346
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.5c00346
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