唐本忠院士&安大-魏培发︱Nat. Commun.：具有白光发射功能的可转换氢键有机骨架

本文由魏培发课题组供稿，由衷感谢他们对科匠文化的支持！

一、研究背景：

近年来，智能材料作为最先进、最有前途的跨学科方向之一，其优越性得到了充分展现。对外部刺激（如光、电、磁场、温度等）具有响应的智能有机发光材料，由于其在能源经济和环境友好等方面的优势而受到越来越多的关注。绝大多数智能有机发光材料只能实现两态切换，多重转变的实现依赖于精细的结构设计，从而导致繁琐的合成和资源的浪费。利用简单的分子实现多重可控的光学响应仍然是一个巨大的挑战。有效地调节材料中分子间相互作用是解决该问题的关键所在。具有通道的多孔材料能够让刺激源与样品中的分子轻松且深入地作用，可以为上述问题提供独特的解决方案。

二、文章简介：

近日，香港中文大学（深圳）唐本忠院士与安徽大学魏培发教授合作，针对基于简单分子构筑高级智能发光材料困难的问题，通过构筑具有柔性空腔的氢键有机骨架（HOFs）以适配不同的客体，诱导框架产生动态响应并伴随宏观光学性质改变，从而实现材料发光性能的可控调节。进一步地，引入具有柔性特征的刺激源（软长链烷烃），通过柔性框架和柔性客体的协同作用，促进激发态从本征蓝光发射到黄光发射的弛豫，从而产生纯白光发射。相关研究结果发表在期刊Nature Communications上。

三、研究内容：

本研究基于一种简单的具有聚集诱导发光（AIE）性质的分子4CN，依靠其灵活的分子构象，配合可调节的氢键和π-π堆积模式，在不同溶剂体系中培养获得八种非白光发射的晶体。它们是含乙醇的4CN(ET1)和4CN(ET2)、含甲醇的4CN(MT)、无溶剂的4CN(Non1)和4CN(Non2)、含二氯甲烷的4CN(DCM)、含三氯甲烷的4CN(TCM)以及含四氢呋喃的4CN(THF)。这些晶体展现出丰富多彩的发射，包括蓝光、青光和蓝绿光，最大发射波长（λem）范围为448至500 nm。根据模拟的PXRD，这八种晶体可进一步分为四组，分别命名为G1（包含4CN(ET2)和4CN(MT)）、G2（包含4CN(ET1)）、G3（包含4CN(Non2)）以及G4（包含4CN(THF)、4CN(DCM)和4CN(TCM)）。沿不同轴观察晶体的详细堆积图和溶剂可及空隙空间的图，表明：除G3外，G1、G2和G4均以柔性空间方式结晶，从而产生了六种不同发光的HOFs。

图1. 4CN(Non1)单晶结构的研究。

图2. 4CN的多种非白光发射晶体。

2、多个白光发射的HOFs

考虑到4CN(ET1)框架的柔性，作者探究了引入更柔性的客体对于框架发射的影响。有趣的是，将柔性客体（五种不同长度的直链烷烃）引入柔性HOFs的孔道中，可以促进激发态从本征蓝光发射到黄光发射的弛豫，从而产生纯白光发射，获得了五种白光发射晶体，即4CN(Hex)、4CN(Hep)、4CN(Oct)、4CN(Dec)和4CN(Dod)。

图3. 4CN的多种白光发射晶体。

此外，作者发现：基于动态分子间相互作用和柔性分子构象的协同作用，在不同的外部刺激下，可以实现多孔和非孔之间或不同多孔形式之间的多模式可逆结构转变。4CN的AIE特性赋予了组装体从蓝光到绿光的可调的发射范围，从而使切换过程可视化。

图4. 4CN的多模式可逆结构转变

四、总结与展望：

本文通过设计具有动态构型的AIE分子，构造出发光可控的多孔智能材料，提出了一种由动态框架和柔性客体协同促进激发态弛豫以产生白光发射的新策略。

五、致谢：

感谢国家自然科学基金（22001006）、广东省分子聚集发光重点实验室开放基金（2019B030301003）、安徽省留学回国人员创新创业项目（2020LCX017）的资助。