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原位纳米晶制备的新策略——光诱导结晶荧光增强​-岩拓气凝胶

原位纳米晶制备的新策略——光诱导结晶荧光增强​

,是我们体验这个世界的基础;人类在黑暗中摸索,直到迎来黎明。作为无毒无害的重要能源,光在人类文明的发展中起着不可或缺的作用。例如,光合作用是维持着生态平衡的重要过程,其主要是由绿色植物吸收二氧化碳(CO2)和水(H2O)产生有机物质并释放氧气。如果没有光,这种平衡将会被打破,人类的生存将会受到巨大的威胁。利用光来开发更多新的智能材料(如光刻、储存和信号转换等)一直得到众多研究人员的关注,并通过各种形式改善着我们的生活。

其中,光激活材料由于其在超分辨率成像、生物传感和光学开关相关领域中的潜在应用,得到越来越多研究团队的关注。然而,常见的光激活行为通常是由光化学过程主导的,例如光致关环-开环和光学异构化等;大多数情况下,这些反应在两个或多个稳态分子之间进行切换或转化,但通常会伴随着不明的中间产物的产生,这些可能会带来不必要的能量耗散或不可逆性受损;因此,利用这种光化学的机制来实现光激活的材料仍存在很多亟待解决的问题。相比之下,光物理主导的光激活过程显得较有优势,但是材料实例体系鲜有报道。聚集诱导发光(AIE)是唐本忠院士团队于2001年报道的一类“反常”光物理行为,相对于传统发光材料聚集导致荧光淬灭(ACQ)效应,从根本上解决了长期限制聚集态发光效率提高的瓶颈,在光电器件、生物成像和疾病诊疗中展现了巨大的应用前景。

华南理工大学唐本忠院士/王志明研究员《Mater. Horiz.》:原位纳米晶制备的新策略——光诱导结晶荧光增强​

近期,华南理工大学唐本忠院士团队王志明研究员课题组提出一种基于AIE思想且光物理过程主导新型光激活材料实例—光诱导结晶荧光增强(Photo-induced Crystallization with Emission Enhancement,PICEE)。该工作采用四苯基乙烯(TPE)骨架制备成异喹啉的有机盐衍生物(TIOdB),除了具有显著的AIE现象外,其在低功率连续光照射下,其在溶液中的荧光强度大幅度增强,具有显著的光激活特性。通过核磁、吸收-发射光谱等数据分析,该光激活过程并没有发生常见的化学反应,而是由光诱导分子聚集变化为主导的物理行为。通过SEM形貌表征,我们可以直观地观察到,随着辐照时间的延长,原本无规则的小的纳米颗粒逐渐消失并伴随着明显的大尺寸的晶体的形成,加之其AIE特性而导致荧光增强。借助晶体分析和初步的理论计算,这种物理过程可以解释为:在光激发下,激发态的TIOdB分子构象发生了变化,导致其通过分子间的强相互作用形成更加规整有序的排列,如纳米晶体或更大更紧密的聚集体。另外,所用光照强度与其荧光增加强度之间存在一定的线性关系,这在优化与监测植物生长条件上具有一定的应用潜力;同时,TIOdB具有良好生物相容性,其在高质量生物光激活荧光成像和诊疗中具有非常大的应用前景。这些结果表明,PICEE过程可以为设计原位形成纳米晶体和开发更多具有新的光激活机制的多功能材料提供一种新的策略。

相关成果日前以“Photo-induced Crystallization with Emission Enhancement (PICEE)”为题发表于《Materials Horizons》,文章第一作者为华南理工大学博士研究生陈孔麒,通讯作者为华南理工大学王志明研究员唐本忠院士

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