【高分子】港科大/港中深唐本忠院士团队JACS：AIE发光聚合物材料的力化学制备- 大数跨境

【高分子】港科大/港中深唐本忠院士团队JACS：AIE发光聚合物材料的力化学制备

X-MOL资讯

2024-07-20

导读：香港中文大学（深圳）的唐本忠院士团队运用力化学手段，将一系列具有“聚集诱导发光”特性的预荧光团（AIE pre-fluorophores）与通用聚合物结合，创造出覆盖全光谱范围的发光材料。

在材料科学的浩瀚星空中，利用力化学（Mechanochemistry）策略探索功能材料的创新之路，成为了一个既引人注目又极具挑战性的科研前沿。该方法凭借其操作便捷、成本效益显著及环境友好的独特优势，为功能材料的创制开辟了一条高效路径。在力化学的框架下，机械作用力如研磨、球磨或拉伸等手段，能够触发分子层面的共价键断裂，催生高反应活性的自由基，尤其是当这些力作用于聚合物链时，更促进了大分子自由基的生成。这些自由基与多种分子互动，诱导聚合反应或生成新型功能材料，展现出非凡的转化潜力。然而，在利用力化学手段构建功能性发光聚合物的领域，尚存广阔的未知亟待探索。关键在于设计出既能适应力化学偶联机制，又能确保高量子产率的发光前驱体，这是推动聚合物材料“升级改造”（Upcycling）的核心关键。

近日，香港中文大学（深圳）的唐本忠院士团队在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上发表了一项突破性成果，题为“Mechanochemical Fabrication of Full-Color Luminescent Materials from Aggregation-Induced Emission Prefluorophores for Information Storage and Encryption（基于聚集诱导发光预荧光团的力化学制备全色发光材料用于信息存储与加密）”。该研究巧妙地运用力化学手段，将一系列具有“聚集诱导发光”特性的预荧光团（AIE pre-fluorophores）与通用聚合物结合，创造出覆盖全光谱范围的发光材料。

图1. AIE预荧光团的合成路线及其表征

研究团队首先精心合成了一系列与TEMPO（2,2,6,6-四甲基-1-氧化哌啶-1-氧基自由基）基团相连的AIE预荧光团，随后通过无需溶剂、加热或惰性环境的简单球磨工艺，使这些预荧光团与球磨过程中自然形成的大分子自由基发生高效偶联，实现了预荧光团通过共价键牢固结合于聚合物链上的目标。这一过程不仅赋予了聚合物材料多彩且高亮度的发光特性，还赋予了其刺激响应性，为3D打印、信息安全存储与加密显示等前沿应用提供了崭新材料基础。

图2. AIE 预荧光团与聚合物进行自由基偶联的示意图，分子量和ESR变化

图3. AIE荧光聚合物的荧光光谱、荧光寿命及量子产率研究

图4. AIE荧光聚合物的3D打印及信息存储和加密演示

此研究创新性地绕过了传统发光聚合物复杂繁琐的化学合成路径，直接从商用聚合物出发，借助绿色环保的力化学方法，直接制备出高性能的发光聚合物材料。这一策略不仅为复杂功能材料的构建开辟了新的思路，也为AIE荧光聚合物的设计合成及其在先进技术领域的应用探索了广阔前景，对推动聚合物材料科学的进步具有深远意义。

以上研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上。论文的第一作者为香港科技大学博后谢会琳，通讯作者是香港中文大学（深圳）唐本忠院士、张健全助理教授，以及华东师范大学胡连瑞研究员。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Mechanochemical Fabrication of Full-Color Luminescent Materials from Aggregation-Induced Emission Prefluorophores for Information Storage and Encryption

Huilin Xie, Jingchun Wang, Zhenchen Lou, Lianrui Hu,* Shinsuke Segawa, Xiaowo Kang, Weijun Wu, Zhi Luo, Ryan T. K. Kwok, Jacky W. Y. Lam, Jianquan Zhang,* and Ben Zhong Tang*

J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 18350–18359, DOI: 10.1021/jacs.4c02954

研究团队简介

唐本忠，香港中文大学（深圳）校长讲席教授，理工学院院长；中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、国际生物材料科学与工程学会联合会“生物材料科学与工程Fellow”、英国皇家化学会会士、国家自然科学基金基础科学中心项目负责人，曾任广东省引进创新科研团队带头人、973计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目负责人。现任中国化学会常务理事、华南理工大学和德国威利出版社（Wiley）联合期刊Aggregate主编。2001年在国际上首次提出了AIE的概念并阐述了该现象的机理，创制了一系列具有原始创新性和自主知识产权的发光新材料，开发了它们在光电器件、化学检测和生物传感等领域的高技术应用，开创了一个中国科学家引领、国外科学家跟进的新研究领域; 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）、Nano Today Award（2021）、Biomaterials全球影响力大奖（2023）、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。

https://www.x-mol.com/groups/Agg_optoelectronics

张健全，香港中文大学（深圳）理工学院助理教授，博士生导师，国家级青年人才项目入选者，鹏城孔雀计划特聘岗C类人才，校长青年学者。2015年本科毕业于浙江大学高分子材料与工程专业，以及竺可桢学院工程教育高级班；2019年博士毕业于香港科技大学化学系；2023年加入香港中文大学（深圳）。主要研究领域为有机光电功能材料（光伏及发光方向）、材料聚集态结构以及电子过程、近红外二区生物医用材料等。迄今发表论文70余篇，其中以第一或通讯作者身份发表论文30余篇，包括Nat. Energy, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Joule, Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater.等国际顶尖期刊，被引总计7000余次，h因子为42；其中13篇论文被评为ESI高被引论文；获美国专利授权1项；2023年入选斯坦福大学2023全球前2%顶尖科学家榜单（纳米科学与技术）。

胡连瑞，华东师范大学化学与分子工程学院紫江青年研究员。研究方向为理论计算化学、聚集诱导发光材料、过渡金属催化反应机理、高精度从头算波函数方法。发表SCI论文51篇，其中以第一作者或共同通讯作者发表论文22篇，H-index为25。入选华东师范大学“双百计划”“紫江青年学者”(2022年)，上海市浦江人才计划(2022年)，上海市高层次人才引进计划(2023年)，上海市高等教育人才揽蓄计划(2024年)，国家“博士后海外引才专项”(2024年)。

https://www.x-mol.com/university/faculty/385083

谢会琳，2022年博士毕业于香港科技大学，师从唐本忠院士，现于港科大从事博士后研究。主要研究方向是聚集诱导发光探针和近红外二区功能材料的设计和应用。目前以第一作者发表SCI论文8篇，代表性成果包括：1）光响应的AIE探针用于多维度信息存储（J. Am. Chem. Soc. 2024, doi: 10.1021/jacs.4c02954; Adv. Mater. 2021, 33, 2105113；APL Mater. 2022, 10, 080905）；2）近红外发光纳米诊疗材料的设计和其在生物领域的应用（ACS Nano 2023, 17, 4591−4600; Adv. Sci. 2023, 10, 2301104）；3）刺激响应AIE生物探针的构建和应用（Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 4558-4570; Aggregate 2022, 4, e239; Mater. Chem. Front. 2021, 5, 1830-1835）。

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