科研速遞 | 理工學(xué)院唐本忠院士和趙征教授在化學(xué)頂級(jí)期刊Angewandte Chemie再次發(fā)表文章
理工學(xué)院唐本忠院士和趙征教授在化學(xué)頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie》發(fā)表題為“Molecular Motion and Nonradiative Decay: Towards Efficient Photothermal and Photoacoustic Systems”的文章，這是唐本忠院士團(tuán)隊(duì)一個(gè)月內(nèi)連續(xù)兩次在化學(xué)類(lèi)頂刊上發(fā)表重要工作。
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01《Angewandte Chemie International Edition》期刊介紹
Angewandte Chemie International Edition是1962年John Wiley and Sons Ltd出版的期刊，刊期為Weekly，刊載方向?yàn)榛瘜W(xué)-化學(xué)綜合。它是國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域最具影響力的刊物之一，2021年的影響因子為15.336，Top期刊，中科院JCR 1區(qū)。
02?背景介紹
眾所周知，分子吸收特定波長(zhǎng)的光后會(huì)進(jìn)入激發(fā)態(tài)，由于處于高能激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，總會(huì)通過(guò)輻射躍遷或者非輻射躍遷的失活過(guò)程返回基態(tài)。對(duì)于輻射躍遷過(guò)程，電子的運(yùn)動(dòng)發(fā)揮了主導(dǎo)作用。而核的運(yùn)動(dòng)，也就是分子運(yùn)動(dòng)，在非輻射躍遷過(guò)程中扮演了重要角色。早在1939年， Gilbert N. Lewis （41次獲得諾貝爾獎(jiǎng)提名的著名化學(xué)家）和Melvin Calvin (卡爾文循環(huán)的發(fā)現(xiàn)者，1961年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者）在一篇綜述文章中明確提及鹵素原子、硝基、苯環(huán)等取代基團(tuán)的分子運(yùn)動(dòng)能促進(jìn)非輻射躍遷過(guò)程 （loose bolt effect），進(jìn)而猝滅熒光發(fā)射 （Chem. Rev., 1939, 25, 273-328）。但是，長(zhǎng)久以來(lái)，人們往往是利用輻射躍遷過(guò)程開(kāi)發(fā)高效發(fā)光材料，卻鮮有關(guān)注非輻射躍遷過(guò)程甚至調(diào)控分子運(yùn)動(dòng)以積極利用這個(gè)過(guò)程。事實(shí)上，在我們自然界中就有很多生動(dòng)的例子表明非輻射躍遷過(guò)程的應(yīng)用價(jià)值，比如視黃醛的分子異構(gòu)化能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)而參與眼睛的視覺(jué)感知，DNA堿基的分子運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)極快的內(nèi)轉(zhuǎn)換機(jī)制將光能轉(zhuǎn)化為熱能從而避免發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而保護(hù)遺傳信息的完整性。
03?綜述內(nèi)容
近些年來(lái)，人們逐漸意識(shí)到了非輻射躍遷過(guò)程的重要應(yīng)用價(jià)值。特別是聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-Induced Emission, AIE）現(xiàn)象和內(nèi)在機(jī)理的研究, 使得人們重新意識(shí)到分子運(yùn)動(dòng)在促進(jìn)非輻射躍遷過(guò)程中的重要性。通過(guò)借鑒含有諸多分子運(yùn)動(dòng)基元的AIE材料的設(shè)計(jì)理念，2019年唐本忠院士和趙征教授等人提出了“分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)光熱轉(zhuǎn)化” （intramolecular motion-induced photothermy, iMIPT）的概念以獲得性能優(yōu)異的光熱/光聲材料 （Nat. Commun., 2019, 10, 768. ESI高被引論文)。自此，調(diào)控分子運(yùn)動(dòng)以制備高效的光熱/光聲材料成為聚集體科學(xué)研究領(lǐng)域的重要分支，使得早已在發(fā)光領(lǐng)域中碩果累累的AIE分子成為真正能夠“發(fā)光發(fā)熱”的明星材料。有鑒于A(yíng)IE概念的又一次重要實(shí)踐，香港中文大學(xué)(深圳)的唐本忠教授和趙征教授近日發(fā)表重要綜述，詳細(xì)闡明了分子運(yùn)動(dòng)促進(jìn)非輻射躍遷過(guò)程（molecular motion-facilitated nonradiative decay, MMFND）的工作機(jī)理，引入分子運(yùn)動(dòng)基元構(gòu)建光熱材料的分子設(shè)計(jì)策略，以及所獲得的光熱轉(zhuǎn)化材料在光熱治療、海水淡化、光聲成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。最后，文章從單分子和聚集體水平展望了這類(lèi)材料的未來(lái)發(fā)展方向，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了通過(guò)調(diào)控分子運(yùn)動(dòng)以積極利用非輻射躍遷過(guò)程進(jìn)而開(kāi)發(fā)先進(jìn)光控材料的重要意義。
圖1.分子運(yùn)動(dòng)與發(fā)光材料的設(shè)計(jì)
圖2.自然界中利用分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的例子
圖3.利用分子運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)光熱材料的典型案例
圖4.具有MMFND性質(zhì)的光熱材料的應(yīng)用
作者簡(jiǎn)介
香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士和趙征教授為本文通訊作者。第一作者為徐昌活博士。
唐本忠，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院院長(zhǎng)，校長(zhǎng)講座教授。中國(guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士、亞太材料科學(xué)院院士、國(guó)際生物材料科學(xué)與工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)“生物材料科學(xué)與工程Fellow”、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，曾任廣東省引進(jìn)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)帶頭人、973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人?，F(xiàn)任中國(guó)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事、華南理工大學(xué)和德國(guó)威利出版社（Wiley）聯(lián)合期刊Aggregate主編、《中國(guó)科學(xué)：化學(xué)》副主編、《化學(xué)進(jìn)展》副主編、Adv. Polym. Sci. （Springer）編輯等。在國(guó)內(nèi)外頂尖雜志上發(fā)表論文1600余篇，他引十一萬(wàn)余次，h指數(shù)為151。曾先后獲得多項(xiàng)榮譽(yù)及獎(jiǎng)勵(lì)，如國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2017），何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)（2017）、第27屆夸瑞茲密?chē)?guó)際科學(xué)獎(jiǎng)（2014）、美國(guó)化學(xué)會(huì)高分子學(xué)術(shù)報(bào)告獎(jiǎng)（2012）、國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（2007）、裘槎高級(jí)研究成就獎(jiǎng)（2007）、中國(guó)化學(xué)會(huì)高分子基礎(chǔ)研究王葆仁獎(jiǎng)（2007）和愛(ài)思唯爾出版社馮新德聚合物獎(jiǎng)（2007）等。
趙征，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授，博導(dǎo)，校長(zhǎng)青年學(xué)者。趙征教授于中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所取得博士學(xué)位，后赴香港科技大學(xué)化學(xué)系進(jìn)行博士后研究，2021年加入香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院擔(dān)任助理教授開(kāi)展研究工作。近年來(lái)圍繞激發(fā)態(tài)的分子運(yùn)動(dòng)調(diào)控，對(duì) AIE 分子的發(fā)光機(jī)理、構(gòu)-效關(guān)系以及功能性以及應(yīng)用探索等進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，在提高 AIE 分子的電荷傳輸和發(fā)光效率、發(fā)展固態(tài)分子運(yùn)動(dòng)調(diào)控的策略、揭示激發(fā)態(tài)分子運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)等方面取得了一系列創(chuàng)新性的研究成果。已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter、ACS Nano.、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater.、Nat. Sci. Rev、Mater. Today、Chem. Sci.等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表論文70余篇，論文總計(jì)被引用3900余次，H-index為37。目前兼任科學(xué)出版社聚集誘導(dǎo)發(fā)光系列叢書(shū)編委，National Science Review雜志編委，Aggregate雜志顧問(wèn)編委，Chinese Chemical Letters青年編委，National Science Review雜志客座編輯，Biomaterials雜志客座編輯。
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