當空間共軛發光團遇見各種重原子，又會“碰撞“出何種火花？

原子是一種元素能保持其化學性質的最小單位，充分研究原子對發光材料的影響對其長遠發展頗為重要。而重原子效應是一種經典的光物理現象，即重原子可以大幅度誘導熒光淬滅和磷光增強，這個設計原則普遍適用于具有價鍵共軛的平面剛性染料，但它是否適用于含空間共軛的聚集誘導發光分子（AIEgens）呢？

近日，浙江師范大學生化學院錢兆生教授課題組聯合南京工業大學先進材料研究院IAM馬會利研究員團隊在國際著名期刊Chemical Engineering Journal (JCR1區TOP, IF: 16.744)上在線發表論文“Reexamining the heavy-atom-effect: The universal heavy-atom-induced fluorescence enhancement principle for through-space conjugated AIEgens”并受邀封面。本工作首次將所有主族非金屬元素分別引入四苯乙烯（最著名的AIEgen之一）中。通過分析同族原子取代的四苯乙烯衍生物的發光規律，大范圍地研究了幾乎所有非金屬元素對含空間共軛的聚集誘導發光分子（以經典的四苯乙烯為例）的影響，發現了反常的重原子誘導熒光增強現象。回答了重原子在聚集誘導發光分子中將發揮何種作用——這一問題在此工作中首次被深入研究，也重新探索了重原子效應這一教科書級別的理論，并豐富了空間共軛與光物理現象的內在研究。

其實這種反常的光物理現象（重原子誘導熒光增強）于2019年錢兆生教授團隊偶然發現于四鹵代四苯乙烯體系中，并首次提出針對聚集誘導發光分子的anti-heavy-atom effect [Chem. Commun., 2019,55, 14938-14941?]。之后，錢兆生教授及熊祖平碩士不斷深入挖掘其背后的奧秘：從引入電子供體受體［Chem. Sci., 2021, 12, 10710-10723］到四苯基噻咯衍生物［Adv.Optical Mater. 2021, 9, 2101228］的研究。雖然本項工作早于2019年便完成了材料的合成，但是錢兆生教授團隊歷時3年與南京工業大學IAM團隊展開更加深入的研究，體現了錢兆生教授和馬會利研究員對科學原理不斷“否定之否定”的科學態度。

【圖文導讀】

1.基于本文TOC圖的展示，將不同族元素分別引入四苯乙烯骨架中普遍存在著熒光增強現象。

2.該現象是由于①重原子效應無法有效促進含空間共軛結構熒光分子的系間竄躍及②重原子可以有效抑制熒光分子振動（類似同位素效應），從而有效地抑制了非輻射弛豫通道。

3.以鹵素取代的這族四苯乙烯為例，該團隊進行了大量的低溫實驗和充分的理論分析，證實了重原子效應在部分聚集誘導發光分子中存在一定的不適用性，并將該類現象轉化為一種能大幅度提高聚集誘導發光分子固體量子效率的策略。

4.各族元素單取代的四苯乙烯

該項目得到了國家自然科學基金（21775139、21675143）以及浙江省杰出青年基金資助項目（ LR18B050001）的支持。該工作由浙江師范大學（第一通訊單位）和南京工業大學先進材料研究院IAM團隊合作展開，浙江師范大學熊祖平碩士和南京工業大學龔文琪碩士為該論文第一作者，感謝豐慧教授、徐鵬飛、江萌懿等人對本工作的貢獻（Co-author）。浙江師范大學錢兆生教授和南京工業大學馬會利副教授為本文通訊作者。本項工作同時也于2021年申請了國家專利CN113024591A，應用于有機LED發光量子效率的提升。

論文地址：

Xiong, W. Gong, P. Xu, M. Jiang, X. Cai, Y. Zhu, X. Ping, H. Feng, H. Ma, Z. Qian, Reexamining the Heavy-Atom-Effect: The Universal Heavy-Atom-Induced Fluorescence Enhancement Principle for Through-Space Conjugated AIEgens, Chemical Engineering Journal (2022), DOI: https://doi.org/10.1016/ j.cej.2022.13903

作者簡介

錢兆生（通訊作者），浙江師范大學教授，博士生導師。浙江省杰出青年基金獲得者，2009.6月南京大學化學化工學院化學專業獲理學博士學位。2009.8起在浙江師范大學分析化學學科開展科研教學工作。2013-2014年由國家公派到美國華盛頓大學訪問研究。目前從事于有機材料的光致發光性能及其傳感應用研究和光刺激響應有機小分子的設計與合成。已在JACS、Chem. Sci.、ChemComm、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.、Chem. Eur. J.、Nanoscale、J. Mater. Chem.、SNB、ACS Applied Mater. Interface等國際著名學術期刊上發表一百余篇論文，被邀為JACS、AM等刊物的審稿人。

馬會利（通訊作者），南京工業大學副教授。于2014年6月獲得中國科學技術大學博士學位（導師，梁萬珍教授），同年9月到清華大學化學系從事博士后研究（導師，帥志剛教授）。2017年9月加入南京工業大學先進材料研究院，參與黃維院士和安眾福教授所帶領的IAM團隊。研究領域包括有機光電材料的理論與計算模擬，新理論方法與模擬軟件的開發，分子結構-聚集形態-光物理性質關系的探索。具體包括有機長余輝、金屬配合物、熱激活延遲熒光等發光材料結構—性能關系的理論研究。

熊祖平（第一作者），2019年進入浙江師范大學錢兆生教授課題組。碩士期間在錢兆生教授的悉心栽培下以第一作者發表 Chem. Sci.封面論文，Adv. Opt. Mater.，Chem. Eng. J，Anal. Chem.等4篇一區TOP文章，共發表SCI論文10余篇，仍有多篇相關工作處于投稿中。碩士期間主要研究方向為聚集誘導發光的機理探究及多功能光學材料設計。2022年進入浙江大學AIE團隊（團隊主要成員有唐本忠院士、孫景志教授、張浩可研究員）攻讀高分子材料專業學術博士（博士導師為唐本忠院士和張浩可研究員）。博士期間主要研究方向為空間共軛在光學材料領域的開拓性工作(有機合成兼理論計算)。

龔文琪（第一作者），2019年進入南京工業大學安眾福課題組。碩士期間在馬會利研究員的悉心指導下以第一作者發表Chem. Eng. J，JMCC文章2篇，共發表SCI論文8篇。碩士期間主要研究方向為有機光電材料的理論計算與模擬。