当空间共轭发光团遇见各种重原子，又会“碰撞“出何种火花？

原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位，充分研究原子对发光材料的影响对其长远发展颇为重要。而重原子效应是一种经典的光物理现象，即重原子可以大幅度诱导荧光淬灭和磷光增强，这个设计原则普遍适用于具有价键共轭的平面刚性染料，但它是否适用于含空间共轭的聚集诱导发光分子（AIEgens）呢？

近日，浙江师范大学生化学院钱兆生教授课题组联合南京工业大学先进材料研究院IAM马会利研究员团队在国际著名期刊Chemical Engineering Journal(JCR1区TOP, IF: 16.744)上在线发表论文“Reexamining the heavy-atom-effect: The universal heavy-atom-induced fluorescence enhancement principle for through-space conjugated AIEgens”并受邀封面。本工作首次将所有主族非金属元素分别引入四苯乙烯（最著名的AIEgen之一）中。通过分析同族原子取代的四苯乙烯衍生物的发光规律，大范围地研究了几乎所有非金属元素对含空间共轭的聚集诱导发光分子（以经典的四苯乙烯为例）的影响，发现了反常的重原子诱导荧光增强现象。回答了重原子在聚集诱导发光分子中将发挥何种作用——这一问题在此工作中首次被深入研究，也重新探索了重原子效应这一教科书级别的理论，并丰富了空间共轭与光物理现象的内在研究。

其实这种反常的光物理现象（重原子诱导荧光增强）于2019年钱兆生教授团队偶然发现于四卤代四苯乙烯体系中，并首次提出针对聚集诱导发光分子的anti-heavy-atom effect [Chem. Commun., 2019,55, 14938-14941]。之后，钱兆生教授及熊祖平硕士不断深入挖掘其背后的奥秘：从引入电子供体受体［Chem. Sci., 2021, 12, 10710-10723］到四苯基噻咯衍生物［Adv.Optical Mater. 2021, 9, 2101228］的研究。虽然本项工作早于2019年便完成了材料的合成，但是钱兆生教授团队历时3年与南京工业大学IAM团队展开更加深入的研究，体现了钱兆生教授和马会利研究员对科学原理不断“否定之否定”的科学态度。

【图文导读】

1.基于本文TOC图的展示，将不同族元素分别引入四苯乙烯骨架中普遍存在着荧光增强现象。

2.该现象是由于①重原子效应无法有效促进含空间共轭结构荧光分子的系间窜跃及②重原子可以有效抑制荧光分子振动（类似同位素效应），从而有效地抑制了非辐射弛豫通道。

3.以卤素取代的这族四苯乙烯为例，该团队进行了大量的低温实验和充分的理论分析，证实了重原子效应在部分聚集诱导发光分子中存在一定的不适用性，并将该类现象转化为一种能大幅度提高聚集诱导发光分子固体量子效率的策略。

4.各族元素单取代的四苯乙烯

该项目得到了国家自然科学基金（21775139、21675143）以及浙江省杰出青年基金资助项目（ LR18B050001）的支持。该工作由浙江师范大学（第一通讯单位）和南京工业大学先进材料研究院IAM团队合作展开，浙江师范大学熊祖平硕士和南京工业大学龚文琪硕士为该论文第一作者，感谢丰慧教授、徐鹏飞、江萌懿等人对本工作的贡献（Co-author）。浙江师范大学钱兆生教授和南京工业大学马会利副教授为本文通讯作者。本项工作同时也于2021年申请了国家专利CN113024591A，应用于有机LED发光量子效率的提升。

论文地址：

Xiong, W. Gong, P. Xu, M. Jiang, X. Cai, Y. Zhu, X. Ping, H. Feng, H. Ma, Z. Qian, Reexamining the Heavy-Atom-Effect: The Universal Heavy-Atom-Induced Fluorescence Enhancement Principle for Through-Space Conjugated AIEgens, Chemical Engineering Journal (2022), DOI: https://doi.org/10.1016/ j.cej.2022.13903

作者简介

钱兆生（通讯作者），浙江师范大学教授，博士生导师。浙江省杰出青年基金获得者，2009.6月南京大学化学化工学院化学专业获理学博士学位。2009.8起在浙江师范大学分析化学学科开展科研教学工作。2013-2014年由国家公派到美国华盛顿大学访问研究。目前从事于有机材料的光致发光性能及其传感应用研究和光刺激响应有机小分子的设计与合成。已在JACS、Chem. Sci.、ChemComm、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.、Chem. Eur. J.、Nanoscale、J. Mater. Chem.、SNB、ACS Applied Mater. Interface等国际著名学术期刊上发表一百余篇论文，被邀为JACS、AM等刊物的审稿人。

马会利（通讯作者），南京工业大学副教授。于2014年6月获得中国科学技术大学博士学位（导师，梁万珍教授），同年9月到清华大学化学系从事博士后研究（导师，帅志刚教授）。2017年9月加入南京工业大学先进材料研究院，参与黄维院士和安众福教授所带领的IAM团队。研究领域包括有机光电材料的理论与计算模拟，新理论方法与模拟软件的开发，分子结构-聚集形态-光物理性质关系的探索。具体包括有机长余辉、金属配合物、热激活延迟荧光等发光材料结构—性能关系的理论研究。

熊祖平（第一作者），2019年进入浙江师范大学钱兆生教授课题组。硕士期间在钱兆生教授的悉心栽培下以第一作者发表 Chem. Sci.封面论文，Adv. Opt. Mater.，Chem. Eng. J，Anal. Chem.等4篇一区TOP文章，共发表SCI论文10余篇，仍有多篇相关工作处于投稿中。硕士期间主要研究方向为聚集诱导发光的机理探究及多功能光学材料设计。2022年进入浙江大学AIE团队（团队主要成员有唐本忠院士、孙景志教授、张浩可研究员）攻读高分子材料专业学术博士（博士导师为唐本忠院士和张浩可研究员）。博士期间主要研究方向为空间共轭在光学材料领域的开拓性工作(有机合成兼理论计算)。

龚文琪（第一作者），2019年进入南京工业大学安众福课题组。硕士期间在马会利研究员的悉心指导下以第一作者发表Chem. Eng. J，JMCC文章2篇，共发表SCI论文8篇。硕士期间主要研究方向为有机光电材料的理论计算与模拟。