结晶水调控聚集诱导发光

唐本忠

香港科技大学化学系，人体组织功能重建国家工程技术研究中心香港分中心，香港科技大学高等研究院，香港科技大学化学与生物工程系，香港 九龙 999077

结晶水调控聚集诱导荧光示意图。

聚集诱导发光(Aggregation-induced emission，AIE)现象在发光材料领域显示出巨大的应用价值和前景1,2。AIE分子荧光颜色的调控对于深入发展应用研究具有重要意义。一般而言，对包含AIE分子在内的发光物质荧光颜色的调控主要通过合成化学改变发光基团的取代基、共轭基团等来实现3,4。与此同时，科学家们也发现，AIE分子的发光与分子构象密切相关5,6。因为很多AIE分子具有螺旋桨式的空间结构，通过控制分子的构象能够调控不同基团之间的共轭程度，进而影响发光颜色。理论上讲，通过精确控制AIE分子的空间构象可以实现发光颜色的连续性变化。但迄今为止，人们还无法精确地控制这类分子的构象。

最近，北京大学化学与分子工程学院阎云教授团队成功地利用结晶水带来的别构效应，精确控制了AIE分子的荧光发射，该研究工作近期在AngewandteChemieInternationalEdition期刊上7在线发表。

金属离子在溶液中与水分子配位后，能够产生强烈的空间效应，引起共存配体的构象变化。利用这一原理，研究人员将配位基团通过柔性碳氢链连接到具有聚集诱导发光效应的基团二苯基二苯并富烯上，得到配位发光的两亲分子。当用水化能力依次减弱的Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+等不同的金属离子在水溶液中与AIE分子配位时，发现荧光颜色能够实现由蓝到黄的连续性变化。当加热除掉结晶水时，所有配位体系均呈现黄色荧光。而对这些无水体系进行溶剂熏蒸或直接水化，则可使荧光颜色复原。该团队发现，只要利用水化能力不同的碱土金属离子在溶液中对发光分子进行配位，就可以实现荧光发射从蓝到黄的精确调控。而选择合适的金属离子，能够通过控制结晶水的得失获得最大的发光颜色变化。同时利用这一特点可制备出具有冷热两种书写模式的可逆擦写材料。结果显示，Mg2+体系在结晶水存在时，呈现明亮的蓝色荧光；而用热写笔书写时，可以在蓝色背景上得到黄色的字迹；当用玻璃棒在常温下“冷写”时，研磨引起的失水也可以留下黄色字迹7。

该研究揭示了一个结晶水对分子构象的远程调控机制，为精确调控聚集诱导发光分子的光物理性能提供了一个全新的思路，有望应用于AIE分子的智能发光器件设计中。

除了利用结晶水调控分子构象，阎云教授还利用配位化学带来的空间效应，通过精确控制分子的构象和堆积方式，发展出基于别构组装的荧光调控策略，实现了对一系列有机分子发光颜色及其能量传递的远程调控8-10。这些研究工作避免了传统荧光颜色调控采用的大量有机合成工作，为精确控制有机材料的发光颜色、开发智能发光器件提供了科学基础。