自从我们的祖先为拥有“火”而欢呼雀跃起，光就成为了人类文明的起源。从物理化学的角度出发，我们可以从光物理和光化学两个维度去优化光学材料本身的性能。自21世纪以来，新兴荧光材料向我们叙述着新的篇章，相对于难以应用到固体材料中的传统有机荧光材料，聚集诱导发光分子（AIE）已向人们展示了其深远的发展空间和广阔的应用范围。但如何以一种可控的方式去优化它的光学性质，使其满足更广泛更高门槛的光学材料应用仍然是一项极具挑战的工作。
中国浙江师范大学生化学院钱兆生教授及其学生熊祖平（硕士研究生）针对这一挑战，基于化合物结构决定其性质的基本理念，通过引入重原子和电子供体（D）-受体（A）结构到普通的三苯基丙烯腈骨架中，不仅使这类有机小分子的荧光量子效率得到极大提升，还使得它的发射波长得到有效红移。通过充分的理论计算，有力证明了具有空间共轭结构的AIE分子并不符合经典的重原子效应规则，重新定义了经典重原子效应的适用范围。恰恰相反，在这类共轭分子的微观状态研究中，发现重原子的引入带来了分子间弱作用力及分子内振动受限，这使得这类分子的宏观光物理性质得到极大的提升，为更多优秀AIE分子的设计提供了一条高效且简便的新策略。除了在固体状态下调控光物理过程外，发光体中D-A模式的构建还导致了光学材料产生了极其不同的光化学反应，经过改造后的这类分子在分散状态下出现了可逆/不可逆的两种光致变色行为和光激活荧光现象。结果表明，光引发的环化和开环反应是三苯基丙烯腈家族可逆光致变色的主要原因，而光诱导的环化-脱氢反应是含D-A 结构的三苯基丙烯腈类分子产生不可逆颜色变化和光激活荧光行为的主要原因。光激活荧光、可逆和不可逆光致变色组合应用可在光信息储存中扮演非常重要的加密作用，为AIE分子结合多重光学功能提供了一条新思路。此外，文中通过分析同一种AIE分子的两种晶体及其两种截然不同的发射颜色，揭示了AIE分子的构象变化可以用于其发光颜色的有效调控，为构象变化引起AIE分子的力致变色行为提供了有力证据。
研究者相信，此项工作将会为如何从光物理和光化学角度设计更多优秀的有机光学材料打开一扇新的窗户，并倡导学者重新审视经典重原子效应的适用范围。总而言之，这些光学材料的蓬勃发展就如同世上最强的磁石，俘虏了一批又一批的科学研究者并为之书写最美丽的光之乐章。相关论文在线发表在Chemical Science (DOI: 10.1039/d1sc02168k)上，并被邀请为封面论文。熊祖平硕士为论文第一作者，钱兆生教授为通讯作者，丰慧教授为本研究工作提供了理论支持。
原文刊载于【InfoMat】公众号
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