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“我們這篇純理論工作能在 Nature Photonics 發(fā)表，反映出空間共軛型有機(jī)發(fā)光材料這一方向正在逐漸受到領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)注和認(rèn)可。”浙江大學(xué)張浩可研究員表示。
據(jù)張浩可介紹他和課題組的這項(xiàng)理論研究，為深入理解聚集體的光物理特性提供了新視角，并為構(gòu)建高效的弱作用基發(fā)光材料奠定了基礎(chǔ)，能夠給有機(jī)功能材料帶來全新的基礎(chǔ)理論和功能化應(yīng)用。
同時(shí)，雖然該團(tuán)隊(duì)聚焦于探究基于弱相互作用力的發(fā)光材料的空間共軛機(jī)理，但在研究伊始他們就曾思考過應(yīng)用場景。“畢竟新理論的發(fā)展，也是為新技術(shù)和新材料服務(wù)的。”張浩可說。
目前，他認(rèn)為比較有前景的兩個(gè)應(yīng)用方向是生物體探針和發(fā)光纖維。
對于生物體探針來說，它能結(jié)合弱作用基發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)獨(dú)特性，有望開發(fā)出兼具熒光蛋白和傳統(tǒng)小分子熒光染料優(yōu)勢的下一代生物體探針，從而為生命科學(xué)領(lǐng)域提供新的技術(shù)手段。
對于發(fā)光纖維來說，目前課題組和浙大高分子系張興宏教授合作已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)，它能讓一些常見的纖維產(chǎn)生本征光致或電致發(fā)光行為，并且不需要進(jìn)行任何摻雜，因此在下一代柔性電子器件上將會(huì)產(chǎn)生重要價(jià)值。
為發(fā)展發(fā)光材料體系帶來理論指導(dǎo)
從 20 世紀(jì)末到本世紀(jì)初，人們在一些非共軛、非芳香的聚合物體系（如脂肪族聚酰胺胺和聚酯等）中觀察到了反常的可見光發(fā)射現(xiàn)象，然而這在當(dāng)時(shí)從事光物理研究的學(xué)者看來是一件匪夷所思的事。
基于成熟光物理理論可知：要想得到高效和長波長的發(fā)光材料，需要構(gòu)建具有離域 π 電子的稠環(huán)結(jié)構(gòu)，比如構(gòu)建苝酰亞胺和 BODIPY 這樣的結(jié)構(gòu)。
由于聚合物結(jié)構(gòu)不確定性，尤其是其中較難除去的催化劑或某些微量副反應(yīng)產(chǎn)物，導(dǎo)致光物理領(lǐng)域的研究者們認(rèn)為這種發(fā)光來自雜質(zhì)，而非其本征發(fā)光行為。
即使到了今天，這種類型的論文在投稿時(shí)還是會(huì)被審稿人普遍質(zhì)疑雜質(zhì)問題而被拒稿。
當(dāng)然，這個(gè)質(zhì)疑也是可以被理解和被接受的，因?yàn)樵谟懻撘粋€(gè)材料的性能和構(gòu)效關(guān)系時(shí)，如果結(jié)構(gòu)是不確定的，那么去討論后面的內(nèi)容確實(shí)會(huì)顯得有點(diǎn)海市蜃樓，同時(shí)在一些研究工作中它的聚合物純度的確達(dá)不到光學(xué)測試要求。
2020 年，張浩可回到浙江大學(xué)高分子系開展研究工作后，他希望徹底搞清楚反常發(fā)光行為的背后原因，以便在目前成熟的光物理理論框架下實(shí)現(xiàn)突破，從而解決上述機(jī)制難題。
為此，他和課題組定下這樣一個(gè)研究策略：構(gòu)建非共軛“多芳基烷烴”這一小分子模型。該模型有著明確的單晶結(jié)構(gòu)，可以清晰地構(gòu)建出構(gòu)效關(guān)系。
對于這一想法他表示要追溯到自己在香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)讀博期間研究的非共軛四苯乙烷分子 [1]。
在這個(gè)分子體系之中，他曾經(jīng)明確觀察到了空間共軛效應(yīng)。但是，當(dāng)時(shí)這篇論文并未揭示出構(gòu)效關(guān)系。
進(jìn)入浙江大學(xué)工作之后，張浩可團(tuán)隊(duì)在多芳基烷烴的空間共軛機(jī)制研究方面取得了多項(xiàng)進(jìn)展 [2]，同時(shí)他也認(rèn)為這一機(jī)制確實(shí)能為領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展帶來一定貢獻(xiàn)。
“當(dāng)我在跟不同的光物理領(lǐng)域?qū)＜医涣鲿r(shí)，也逐漸感受到了大家的認(rèn)可。更為重要的是我們建立了較為系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系。”其表示。
利用這一機(jī)制，可以在構(gòu)象和基元電子結(jié)構(gòu)上，針對空間共軛強(qiáng)度進(jìn)行可控性調(diào)節(jié)，從而為發(fā)展特殊的發(fā)光材料體系帶來理論指導(dǎo)意義。
8 個(gè)分子的反復(fù)合成和反復(fù)表征
具體來說，本次課題由該團(tuán)隊(duì)的博士生徐清洋完成。徐清洋也是由張浩可獨(dú)立招收的第一屆碩士生和第一屆博士生。
從徐清洋加入該實(shí)驗(yàn)室開始，便確定了本次課題的研究方向，整個(gè)研究耗時(shí)三年之久。
第一年，徐清洋合成了一系列分子，針對這些分子的結(jié)構(gòu)加以表征之后，測試了這些分子的光物理性質(zhì)。
初步結(jié)果顯示：該體系中的一系列分子展示出十分優(yōu)異的光物理性質(zhì)，但是針對其背后的原因，該團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)未能給出令人信服的解釋。
不過，張浩可預(yù)感這個(gè)課題會(huì)有較大的理論價(jià)值，因此他建議徐清洋繼續(xù)完善課題。
同時(shí)，要深入地思考背后機(jī)理，尤其要思考為何僅僅改變萘環(huán)的連接位點(diǎn)，就能對光物理性質(zhì)產(chǎn)生如此大的影響？
在張浩可和徐清洋的共同努力之下，他們又花費(fèi)一年時(shí)間針對課題進(jìn)行多次完善，并針對論文中的 8 個(gè)分子進(jìn)行反復(fù)合成、結(jié)構(gòu)表征和光譜數(shù)據(jù)收集，從而讓數(shù)據(jù)的可重復(fù)性得以確保。
并在第三年針對這些分子的獨(dú)特光物理性質(zhì)加以總結(jié)，借此發(fā)現(xiàn)了單分子構(gòu)象和聚集體多級結(jié)構(gòu)對其分子內(nèi)空間共軛的協(xié)同調(diào)控效應(yīng)。
這不僅加深了他們對于空間共軛發(fā)光機(jī)制的理解，也提升了對于關(guān)鍵科學(xué)問題的把握能力和解決能力。
日前，相關(guān)論文以《基于超強(qiáng)空間共軛構(gòu)筑高效有機(jī)發(fā)光體》（Efficient organic emitters enabled by ultrastrong through-space conjugation）為題發(fā)在 Nature Photonics（IF 32.3）。
徐清洋是第一作者，張浩可和香港科技大學(xué)唐本忠院士擔(dān)任共同通訊作者 [3]。
圖 | 相關(guān)論文（來源：Nature Photonics）
其中一位審稿人評價(jià)稱，隨著分子中 1-萘基基元數(shù)量的增加，空間共軛的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)顯著增強(qiáng)。尤其是 111-TNM 分子表現(xiàn)出了令人印象深刻的固態(tài)絕對量子效率。
因此，這一研究結(jié)果突出強(qiáng)調(diào)了分子構(gòu)象和聚集體協(xié)同效應(yīng)在決定材料光物理特性方面的關(guān)鍵作用。
目前，本次研究體系主要是基于非價(jià)鍵共軛體系。然而，他最近發(fā)現(xiàn)在具有扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的共軛分子體系中也存在空間共軛效應(yīng)，并且它還表現(xiàn)出抑制部分振動(dòng)能級躍遷強(qiáng)度的獨(dú)特性質(zhì)，這意味著其能幫助提高弱作用基發(fā)光體的色純度。
因此，他和團(tuán)隊(duì)將探究在扭轉(zhuǎn)型共軛分子體系中的空間共軛效應(yīng)，將空間共軛發(fā)展成為一種系統(tǒng)的光物理理論機(jī)制。
與此同時(shí)，該課題組已經(jīng)開始利用虛擬篩選來進(jìn)行弱作用基發(fā)光材料的開發(fā)。
這種方法非常高效，目前他們成功開發(fā)出已知體積最小（或之一）的有機(jī)近紅外熒光分子——二嘧啶甲烷。它的本體最佳發(fā)射波長為 700nm，發(fā)光量子產(chǎn)率高達(dá) 25%[4]。
此外，張浩可也在利用機(jī)器學(xué)習(xí)和虛擬篩選結(jié)合的方法來開發(fā)高效弱作用基發(fā)光聚合物。“相信在不遠(yuǎn)的未來會(huì)再次給大家介紹新成果。”張浩可表示。
1. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 16264-16272
2. Nat. Commun., 2024, 15, 6426; 2022, 13, 3492. J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 21104; 2022, 144, 7901; 2021, 143, 9565; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e 202413751; 2024, 63, e202403827; 2024, 63, e202318245; 2023, 62, e202306762
3. Nat. Photon., 2024, 18, 1185-1194
4. Chem, 2024, 10.1016/j.chempr.2024.08.022）
“我們這篇純理論工作能在 Nature Photonics 發(fā)表，反映出空間共軛型有機(jī)發(fā)光材料這一方向正在逐漸受到領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)注和認(rèn)可。”浙江大學(xué)張浩可研究員表示。
據(jù)張浩可介紹他和課題組的這項(xiàng)理論研究，為深入理解聚集體的光物理特性提供了新視角，并為構(gòu)建高效的弱作用基發(fā)光材料奠定了基礎(chǔ)，能夠給有機(jī)功能材料帶來全新的基礎(chǔ)理論和功能化應(yīng)用。
同時(shí)，雖然該團(tuán)隊(duì)聚焦于探究基于弱相互作用力的發(fā)光材料的空間共軛機(jī)理，但在研究伊始他們就曾思考過應(yīng)用場景。“畢竟新理論的發(fā)展，也是為新技術(shù)和新材料服務(wù)的。”張浩可說。
目前，他認(rèn)為比較有前景的兩個(gè)應(yīng)用方向是生物體探針和發(fā)光纖維。
對于生物體探針來說，它能結(jié)合弱作用基發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)獨(dú)特性，有望開發(fā)出兼具熒光蛋白和傳統(tǒng)小分子熒光染料優(yōu)勢的下一代生物體探針，從而為生命科學(xué)領(lǐng)域提供新的技術(shù)手段。
對于發(fā)光纖維來說，目前課題組和浙大高分子系張興宏教授合作已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)，它能讓一些常見的纖維產(chǎn)生本征光致或電致發(fā)光行為，并且不需要進(jìn)行任何摻雜，因此在下一代柔性電子器件上將會(huì)產(chǎn)生重要價(jià)值。
為發(fā)展發(fā)光材料體系帶來理論指導(dǎo)
從 20 世紀(jì)末到本世紀(jì)初，人們在一些非共軛、非芳香的聚合物體系（如脂肪族聚酰胺胺和聚酯等）中觀察到了反常的可見光發(fā)射現(xiàn)象，然而這在當(dāng)時(shí)從事光物理研究的學(xué)者看來是一件匪夷所思的事。
基于成熟光物理理論可知：要想得到高效和長波長的發(fā)光材料，需要構(gòu)建具有離域 π 電子的稠環(huán)結(jié)構(gòu)，比如構(gòu)建苝酰亞胺和 BODIPY 這樣的結(jié)構(gòu)。
由于聚合物結(jié)構(gòu)不確定性，尤其是其中較難除去的催化劑或某些微量副反應(yīng)產(chǎn)物，導(dǎo)致光物理領(lǐng)域的研究者們認(rèn)為這種發(fā)光來自雜質(zhì)，而非其本征發(fā)光行為。
即使到了今天，這種類型的論文在投稿時(shí)還是會(huì)被審稿人普遍質(zhì)疑雜質(zhì)問題而被拒稿。
當(dāng)然，這個(gè)質(zhì)疑也是可以被理解和被接受的，因?yàn)樵谟懻撘粋€(gè)材料的性能和構(gòu)效關(guān)系時(shí)，如果結(jié)構(gòu)是不確定的，那么去討論后面的內(nèi)容確實(shí)會(huì)顯得有點(diǎn)海市蜃樓，同時(shí)在一些研究工作中它的聚合物純度的確達(dá)不到光學(xué)測試要求。
2020 年，張浩可回到浙江大學(xué)高分子系開展研究工作后，他希望徹底搞清楚反常發(fā)光行為的背后原因，以便在目前成熟的光物理理論框架下實(shí)現(xiàn)突破，從而解決上述機(jī)制難題。
為此，他和課題組定下這樣一個(gè)研究策略：構(gòu)建非共軛“多芳基烷烴”這一小分子模型。該模型有著明確的單晶結(jié)構(gòu)，可以清晰地構(gòu)建出構(gòu)效關(guān)系。
對于這一想法他表示要追溯到自己在香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)讀博期間研究的非共軛四苯乙烷分子 [1]。
在這個(gè)分子體系之中，他曾經(jīng)明確觀察到了空間共軛效應(yīng)。但是，當(dāng)時(shí)這篇論文并未揭示出構(gòu)效關(guān)系。
進(jìn)入浙江大學(xué)工作之后，張浩可團(tuán)隊(duì)在多芳基烷烴的空間共軛機(jī)制研究方面取得了多項(xiàng)進(jìn)展 [2]，同時(shí)他也認(rèn)為這一機(jī)制確實(shí)能為領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展帶來一定貢獻(xiàn)。
“當(dāng)我在跟不同的光物理領(lǐng)域?qū)＜医涣鲿r(shí)，也逐漸感受到了大家的認(rèn)可。更為重要的是我們建立了較為系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系。”其表示。
利用這一機(jī)制，可以在構(gòu)象和基元電子結(jié)構(gòu)上，針對空間共軛強(qiáng)度進(jìn)行可控性調(diào)節(jié)，從而為發(fā)展特殊的發(fā)光材料體系帶來理論指導(dǎo)意義。
8 個(gè)分子的反復(fù)合成和反復(fù)表征
具體來說，本次課題由該團(tuán)隊(duì)的博士生徐清洋完成。徐清洋也是由張浩可獨(dú)立招收的第一屆碩士生和第一屆博士生。
從徐清洋加入該實(shí)驗(yàn)室開始，便確定了本次課題的研究方向，整個(gè)研究耗時(shí)三年之久。
第一年，徐清洋合成了一系列分子，針對這些分子的結(jié)構(gòu)加以表征之后，測試了這些分子的光物理性質(zhì)。
初步結(jié)果顯示：該體系中的一系列分子展示出十分優(yōu)異的光物理性質(zhì)，但是針對其背后的原因，該團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)未能給出令人信服的解釋。
不過，張浩可預(yù)感這個(gè)課題會(huì)有較大的理論價(jià)值，因此他建議徐清洋繼續(xù)完善課題。
同時(shí)，要深入地思考背后機(jī)理，尤其要思考為何僅僅改變萘環(huán)的連接位點(diǎn)，就能對光物理性質(zhì)產(chǎn)生如此大的影響？
在張浩可和徐清洋的共同努力之下，他們又花費(fèi)一年時(shí)間針對課題進(jìn)行多次完善，并針對論文中的 8 個(gè)分子進(jìn)行反復(fù)合成、結(jié)構(gòu)表征和光譜數(shù)據(jù)收集，從而讓數(shù)據(jù)的可重復(fù)性得以確保。
并在第三年針對這些分子的獨(dú)特光物理性質(zhì)加以總結(jié)，借此發(fā)現(xiàn)了單分子構(gòu)象和聚集體多級結(jié)構(gòu)對其分子內(nèi)空間共軛的協(xié)同調(diào)控效應(yīng)。
這不僅加深了他們對于空間共軛發(fā)光機(jī)制的理解，也提升了對于關(guān)鍵科學(xué)問題的把握能力和解決能力。
日前，相關(guān)論文以《基于超強(qiáng)空間共軛構(gòu)筑高效有機(jī)發(fā)光體》（Efficient organic emitters enabled by ultrastrong through-space conjugation）為題發(fā)在 Nature Photonics（IF 32.3）。
徐清洋是第一作者，張浩可和香港科技大學(xué)唐本忠院士擔(dān)任共同通訊作者 [3]。
圖 | 相關(guān)論文（來源：Nature Photonics）
其中一位審稿人評價(jià)稱，隨著分子中 1-萘基基元數(shù)量的增加，空間共軛的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)顯著增強(qiáng)。尤其是 111-TNM 分子表現(xiàn)出了令人印象深刻的固態(tài)絕對量子效率。
因此，這一研究結(jié)果突出強(qiáng)調(diào)了分子構(gòu)象和聚集體協(xié)同效應(yīng)在決定材料光物理特性方面的關(guān)鍵作用。
目前，本次研究體系主要是基于非價(jià)鍵共軛體系。然而，他最近發(fā)現(xiàn)在具有扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的共軛分子體系中也存在空間共軛效應(yīng)，并且它還表現(xiàn)出抑制部分振動(dòng)能級躍遷強(qiáng)度的獨(dú)特性質(zhì)，這意味著其能幫助提高弱作用基發(fā)光體的色純度。
因此，他和團(tuán)隊(duì)將探究在扭轉(zhuǎn)型共軛分子體系中的空間共軛效應(yīng)，將空間共軛發(fā)展成為一種系統(tǒng)的光物理理論機(jī)制。
與此同時(shí)，該課題組已經(jīng)開始利用虛擬篩選來進(jìn)行弱作用基發(fā)光材料的開發(fā)。
這種方法非常高效，目前他們成功開發(fā)出已知體積最小（或之一）的有機(jī)近紅外熒光分子——二嘧啶甲烷。它的本體最佳發(fā)射波長為 700nm，發(fā)光量子產(chǎn)率高達(dá) 25%[4]。
此外，張浩可也在利用機(jī)器學(xué)習(xí)和虛擬篩選結(jié)合的方法來開發(fā)高效弱作用基發(fā)光聚合物。“相信在不遠(yuǎn)的未來會(huì)再次給大家介紹新成果。”張浩可表示。
1. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 16264-16272
2. Nat. Commun., 2024, 15, 6426; 2022, 13, 3492. J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 21104; 2022, 144, 7901; 2021, 143, 9565; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e 202413751; 2024, 63, e202403827; 2024, 63, e202318245; 2023, 62, e202306762
3. Nat. Photon., 2024, 18, 1185-1194
4. Chem, 2024, 10.1016/j.chempr.2024.08.022）
“我們這篇純理論工作能在 Nature Photonics 發(fā)表，反映出空間共軛型有機(jī)發(fā)光材料這一方向正在逐漸受到領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)注和認(rèn)可。”浙江大學(xué)張浩可研究員表示。
據(jù)張浩可介紹他和課題組的這項(xiàng)理論研究，為深入理解聚集體的光物理特性提供了新視角，并為構(gòu)建高效的弱作用基發(fā)光材料奠定了基礎(chǔ)，能夠給有機(jī)功能材料帶來全新的基礎(chǔ)理論和功能化應(yīng)用。
同時(shí)，雖然該團(tuán)隊(duì)聚焦于探究基于弱相互作用力的發(fā)光材料的空間共軛機(jī)理，但在研究伊始他們就曾思考過應(yīng)用場景。“畢竟新理論的發(fā)展，也是為新技術(shù)和新材料服務(wù)的。”張浩可說。
目前，他認(rèn)為比較有前景的兩個(gè)應(yīng)用方向是生物體探針和發(fā)光纖維。
對于生物體探針來說，它能結(jié)合弱作用基發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)獨(dú)特性，有望開發(fā)出兼具熒光蛋白和傳統(tǒng)小分子熒光染料優(yōu)勢的下一代生物體探針，從而為生命科學(xué)領(lǐng)域提供新的技術(shù)手段。
對于發(fā)光纖維來說，目前課題組和浙大高分子系張興宏教授合作已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)，它能讓一些常見的纖維產(chǎn)生本征光致或電致發(fā)光行為，并且不需要進(jìn)行任何摻雜，因此在下一代柔性電子器件上將會(huì)產(chǎn)生重要價(jià)值。
為發(fā)展發(fā)光材料體系帶來理論指導(dǎo)
從 20 世紀(jì)末到本世紀(jì)初，人們在一些非共軛、非芳香的聚合物體系（如脂肪族聚酰胺胺和聚酯等）中觀察到了反常的可見光發(fā)射現(xiàn)象，然而這在當(dāng)時(shí)從事光物理研究的學(xué)者看來是一件匪夷所思的事。
基于成熟光物理理論可知：要想得到高效和長波長的發(fā)光材料，需要構(gòu)建具有離域 π 電子的稠環(huán)結(jié)構(gòu)，比如構(gòu)建苝酰亞胺和 BODIPY 這樣的結(jié)構(gòu)。
由于聚合物結(jié)構(gòu)不確定性，尤其是其中較難除去的催化劑或某些微量副反應(yīng)產(chǎn)物，導(dǎo)致光物理領(lǐng)域的研究者們認(rèn)為這種發(fā)光來自雜質(zhì)，而非其本征發(fā)光行為。
即使到了今天，這種類型的論文在投稿時(shí)還是會(huì)被審稿人普遍質(zhì)疑雜質(zhì)問題而被拒稿。
當(dāng)然，這個(gè)質(zhì)疑也是可以被理解和被接受的，因?yàn)樵谟懻撘粋€(gè)材料的性能和構(gòu)效關(guān)系時(shí)，如果結(jié)構(gòu)是不確定的，那么去討論后面的內(nèi)容確實(shí)會(huì)顯得有點(diǎn)海市蜃樓，同時(shí)在一些研究工作中它的聚合物純度的確達(dá)不到光學(xué)測試要求。
2020 年，張浩可回到浙江大學(xué)高分子系開展研究工作后，他希望徹底搞清楚反常發(fā)光行為的背后原因，以便在目前成熟的光物理理論框架下實(shí)現(xiàn)突破，從而解決上述機(jī)制難題。
為此，他和課題組定下這樣一個(gè)研究策略：構(gòu)建非共軛“多芳基烷烴”這一小分子模型。該模型有著明確的單晶結(jié)構(gòu)，可以清晰地構(gòu)建出構(gòu)效關(guān)系。
對于這一想法他表示要追溯到自己在香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)讀博期間研究的非共軛四苯乙烷分子 [1]。
在這個(gè)分子體系之中，他曾經(jīng)明確觀察到了空間共軛效應(yīng)。但是，當(dāng)時(shí)這篇論文并未揭示出構(gòu)效關(guān)系。
進(jìn)入浙江大學(xué)工作之后，張浩可團(tuán)隊(duì)在多芳基烷烴的空間共軛機(jī)制研究方面取得了多項(xiàng)進(jìn)展 [2]，同時(shí)他也認(rèn)為這一機(jī)制確實(shí)能為領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展帶來一定貢獻(xiàn)。
“當(dāng)我在跟不同的光物理領(lǐng)域?qū)＜医涣鲿r(shí)，也逐漸感受到了大家的認(rèn)可。更為重要的是我們建立了較為系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系。”其表示。
利用這一機(jī)制，可以在構(gòu)象和基元電子結(jié)構(gòu)上，針對空間共軛強(qiáng)度進(jìn)行可控性調(diào)節(jié)，從而為發(fā)展特殊的發(fā)光材料體系帶來理論指導(dǎo)意義。
8 個(gè)分子的反復(fù)合成和反復(fù)表征
具體來說，本次課題由該團(tuán)隊(duì)的博士生徐清洋完成。徐清洋也是由張浩可獨(dú)立招收的第一屆碩士生和第一屆博士生。
從徐清洋加入該實(shí)驗(yàn)室開始，便確定了本次課題的研究方向，整個(gè)研究耗時(shí)三年之久。
第一年，徐清洋合成了一系列分子，針對這些分子的結(jié)構(gòu)加以表征之后，測試了這些分子的光物理性質(zhì)。
初步結(jié)果顯示：該體系中的一系列分子展示出十分優(yōu)異的光物理性質(zhì)，但是針對其背后的原因，該團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)未能給出令人信服的解釋。
不過，張浩可預(yù)感這個(gè)課題會(huì)有較大的理論價(jià)值，因此他建議徐清洋繼續(xù)完善課題。
同時(shí)，要深入地思考背后機(jī)理，尤其要思考為何僅僅改變萘環(huán)的連接位點(diǎn)，就能對光物理性質(zhì)產(chǎn)生如此大的影響？
在張浩可和徐清洋的共同努力之下，他們又花費(fèi)一年時(shí)間針對課題進(jìn)行多次完善，并針對論文中的 8 個(gè)分子進(jìn)行反復(fù)合成、結(jié)構(gòu)表征和光譜數(shù)據(jù)收集，從而讓數(shù)據(jù)的可重復(fù)性得以確保。
并在第三年針對這些分子的獨(dú)特光物理性質(zhì)加以總結(jié)，借此發(fā)現(xiàn)了單分子構(gòu)象和聚集體多級結(jié)構(gòu)對其分子內(nèi)空間共軛的協(xié)同調(diào)控效應(yīng)。
這不僅加深了他們對于空間共軛發(fā)光機(jī)制的理解，也提升了對于關(guān)鍵科學(xué)問題的把握能力和解決能力。
日前，相關(guān)論文以《基于超強(qiáng)空間共軛構(gòu)筑高效有機(jī)發(fā)光體》（Efficient organic emitters enabled by ultrastrong through-space conjugation）為題發(fā)在 Nature Photonics（IF 32.3）。
徐清洋是第一作者，張浩可和香港科技大學(xué)唐本忠院士擔(dān)任共同通訊作者 [3]。
圖 | 相關(guān)論文（來源：Nature Photonics）
其中一位審稿人評價(jià)稱，隨著分子中 1-萘基基元數(shù)量的增加，空間共軛的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)顯著增強(qiáng)。尤其是 111-TNM 分子表現(xiàn)出了令人印象深刻的固態(tài)絕對量子效率。
因此，這一研究結(jié)果突出強(qiáng)調(diào)了分子構(gòu)象和聚集體協(xié)同效應(yīng)在決定材料光物理特性方面的關(guān)鍵作用。
目前，本次研究體系主要是基于非價(jià)鍵共軛體系。然而，他最近發(fā)現(xiàn)在具有扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的共軛分子體系中也存在空間共軛效應(yīng)，并且它還表現(xiàn)出抑制部分振動(dòng)能級躍遷強(qiáng)度的獨(dú)特性質(zhì)，這意味著其能幫助提高弱作用基發(fā)光體的色純度。
因此，他和團(tuán)隊(duì)將探究在扭轉(zhuǎn)型共軛分子體系中的空間共軛效應(yīng)，將空間共軛發(fā)展成為一種系統(tǒng)的光物理理論機(jī)制。
與此同時(shí)，該課題組已經(jīng)開始利用虛擬篩選來進(jìn)行弱作用基發(fā)光材料的開發(fā)。
這種方法非常高效，目前他們成功開發(fā)出已知體積最小（或之一）的有機(jī)近紅外熒光分子——二嘧啶甲烷。它的本體最佳發(fā)射波長為 700nm，發(fā)光量子產(chǎn)率高達(dá) 25%[4]。
此外，張浩可也在利用機(jī)器學(xué)習(xí)和虛擬篩選結(jié)合的方法來開發(fā)高效弱作用基發(fā)光聚合物。“相信在不遠(yuǎn)的未來會(huì)再次給大家介紹新成果。”張浩可表示。
1. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 16264-16272
2. Nat. Commun., 2024, 15, 6426; 2022, 13, 3492. J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 21104; 2022, 144, 7901; 2021, 143, 9565; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e 202413751; 2024, 63, e202403827; 2024, 63, e202318245; 2023, 62, e202306762
3. Nat. Photon., 2024, 18, 1185-1194
4. Chem, 2024, 10.1016/j.chempr.2024.08.022）
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