在材料科学领域，存在一个看似矛盾却充满魅力的现象：某些具有特殊扭曲结构的小分子，在溶液中几乎不发光，但在固态时却能绽放出耀眼的光芒。这就是“聚集诱导发光”（AIE）效应。其奥秘在于分子运动受限机制——当分子运动被限制，就如同为躁动的舞者按下暂停键，有效阻止了能量耗散，从而释放出更璀璨的光芒。
凭借这一独特性质，AIE材料已在生物成像、光电显示、癌症诊疗等领域展现出巨大潜力。然而，当科学家将目光转向结构更精巧的共价有机框架（COF）材料时，却遭遇了挑战。传统COF材料分子运动和非辐射能量耗散导致荧光严重淬灭，即使采用AIE基团进行修饰，其发光量子产率仍难以突破5%，这极大地限制了其在生物成像中的应用。如何在保持材料结晶性和稳定性的同时实现高效发光，成为领域内亟待攻克的关键难题。
图1. 增加“锚定位点”策略用于构建高发光性和高结晶度共价有机框架材料。
近日，一项突破性研究给出了肯定答案。受AIE分子运动受限机制的启发，研究团队开创性地提出了“锚定位点”分子设计策略。该技术通过在COF骨架中引入双重锚定位点，犹如为分子运动安装了“精准制动系统”，有效抑制了能量耗散。令人惊喜的是，增加锚定位点还使层间堆积更加紧密有序，显著提升了COF材料的结晶度。其中，基于苯并噻二唑构建的COF-DPQP-BT材料表现尤为亮眼，其光致发光量子产率达到了36.5%；相比之下，单锚定和无锚定策略制备的材料发光效率分别仅为2.5%和0.1%，充分证明了锚定位点设计的独特优势。
图2. COF-DPQP-TPDA、COF-DPQP-TPE 和 COF-DPQP-BT 的结构表征。
深入机理研究揭示了这一突破的科学本质：锚定位点结构不仅显著降低了重组能量，还将激发电子有效限定在发光核心区域内，最大限度地减少了能量损失。飞秒瞬态吸收光谱显示，新材料具有长达7纳秒的延迟时间，为高效发光提供了有力保障。
图3. COF-DPQP-TPDA、COF-DPQP-TPE 和 COF-DPQP-BT 的光物理性质表征。
图4. 增加锚定位点策略限制 COFs 骨架的分子运动机制研究。
图5. COF-DPQP-TPDA、COF-DPQP-TPE 和 COF-DPQP-BT 的电子结构及飞秒瞬态吸收光谱。
更令人振奋的是，该材料成功应用于小鼠脑血管的三光子荧光成像，实现了约1.2毫米的深层组织成像突破。这一成像深度超越了传统双光子成像技术，为活体研究开启了新的观测窗口。
图6. COF-DPQP-BT作为三光子荧光探针用于脑血管高清成像。
该研究成果近日以论文形式在线发表在Journal of the American Chemical Society 上。中国科学技术大学张亮研究员、浙江大学耿伟航博士和香港科技大学欧新文、何山博士后为该论文共同第一作者，中国科学技术大学张亮研究员、浙江大学钱俊教授、香港科技大学林荣业教授、唐本忠院士为该论文共同通讯作者。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Boosting the Brightness of Covalent Organic Frameworks by Integration of Dual-Docking Luminogens with Aggregation-Induced Emission Effect
Liang Zhang*, Weihang Geng, Xinwen Ou, Shan He, Xiao-Hang He, Wenlang Li, Yantian Jiao, Yi Zhou, Chensen Li, Yingying Chen, Wutong Du, Ziyi Cheng, Ziyi Jin, Jacky W. Y. Lam*, Jun Qian*, Ben Zhong Tang*
J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c16217
通讯作者简介
唐本忠，香港中文大学（深圳）理工学院院长、校长学勤讲座教授。分别于2009年、2013年、2017年和2020年当选为中国科学院院士、英国皇家化学学会会士、亚太材料科学院院士和发展中国家科学院院士。作为AIE概念的提出者和研究的引领者，唐本忠院士发表学术论文2000多篇，总引用超过十六万次，h因子为178。自2014年以来，连续入选化学和材料双领域高被引用科学家。唐本忠教授先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017），何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第27届夸瑞兹密国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。现任德国Wiley出版社发行的Aggregate《聚集体》杂志主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。
https://www.x-mol.com/groups/zhao_zheng/people/24415
林荣业，香港科技大学化学系研究副教授。分别于1996年、1998年和2003年在香港科技大学化学系获得学士、硕士和博士学位。主要研究方向包括具有线型和超支化结构的新型聚合物的设计与合成、新型炔烃聚合反应的开发，以及新型AIE材料的设计、合成和应用。自1998年至今，已开发了多种新合成方法并用其合成了超过200种不同的具有独特光学、介晶相学、手性光学、电子性质的线型聚乙炔和超支化亚芳烃类聚合物。撰写专著章节32章，发表论文640余篇，总引用次数58000余次，h因子高达129。全球化学科学家最新排名第169（中国排名第18），连续多年年被汤森路透社评为化学领域“高被引科学家”。
https://www.x-mol.com/university/faculty/369274
钱骏，浙江大学光电科学与工程学院教授，博士生导师，教育部青年长江学者。2004年获得浙江大学学士学位，2009年获得浙江大学博士学位，博士期间在香港中文大学和美国纽约州立大学布法罗分校交流。2016.11-2006.12在香港科技大学唐本忠院士课题组访问。研究方向为生物医学光子学、近红外二/三区荧光成像、高阶非线性光学显微成像、光学诊疗。代表性工作发表在 Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., ACS Nano, Adv. Sci. 等国际著名期刊上。
https://www.x-mol.com/university/faculty/48486
张亮，现任中国科学技术大学精准智能化学全国重点实验室特任研究员。博士毕业于武汉大学高等研究院，师从邓鹤翔教授；随后在香港科技大学唐本忠院士团队继续从事博士后研究。研究方向聚焦于人工智能辅助的光学功能晶态多孔材料的精准智能创制，并探索其在生命健康及能源转换等领域的应用。致力于发展化学家与人工智能机器科学家相结合的新型化学研究范式，以突破传统“试错”模式，加速高性能光学功能晶态多孔材料的精准智能化研发。目前以第一/通讯作者身份在Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Mater., Chem, Matter 等期刊上发表论文20余篇。担任《Exploration》期刊的青年编委。
https://www.x-mol.com/university/faculty/422244
