Chem. Sci.：香港科技大学唐本忠院士团队提出从自然界寻找AIE材料的新策略

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近日，香港科技大学唐本忠教授带领的科研团队提出了从自然界寻找AIE材料的新策略。黄连素，一种分离自草本植物的异喹啉生物碱，被发现是一种天然的聚集诱导发光体。作者首先对黄连素的聚集诱导发光现象进行了研究（图一），该分子表现出了典型的聚集诱导发光现象。黄连素能溶于水，不能溶于四氢呋喃。但是黄连素在水溶液中几乎不发出荧光，而加入四氢呋喃后却能发出荧光，且随着水-四氢呋喃混合溶剂中四氢呋喃含量的增加，荧光逐渐增强。动态光散射实验结果表明，加入四氢呋喃后黄连素逐渐形成聚集体，导致荧光逐渐增强。黄连素水溶液的荧光量子效率为0.2%，粉末和晶体的荧光量子效率分别达到12%和15%。黄连素水溶液的荧光寿命为0.68 ns，粉末和晶体的荧光寿命分别达到4.86 ns和7.93 ns。这些数据都说明黄连素是一种典型的AIE材料。

图一. 黄连素聚集诱导发光的特性

（来源：Chem. Sci.）

为了解释黄连素在晶体状态能发出明亮的荧光的原因，作者对黄连素的晶体结构进行了研究（图二）。首先，黄连素的分子在晶态是一个非平面的构象，给电子的苯环和吸电子的异喹啉基团之间存在一个15.16o的扭转角，说明其可能存在分子内的振动和扭曲的分子内电荷转移（TICT）。此外，相邻的黄连素分子以一种近乎平行的方式排列，分子间距离为3.851 Å 和 4.090 Å，超过了能猝灭荧光的典型π–π堆积的距离（3.5 Å）。此外，距离在2.6 Å和3.1 Å之间的多重分子间相互作用有利于固定分子的构象。独特的分子结构和晶体堆积方式使得黄连素在晶态能发出明亮的荧光。

（来源：Chem. Sci.）

作者随后对黄连素在水溶液中不发光的原因进行了深入研究，研究发现黄连素表现出明显的TICT效应：随着溶剂极性的增加，黄连素的吸收没有发生显著的变化，但荧光强度发生明显的下降，伴随着最大发射波长从525 nm红移至550 nm。此外，HOMO和LUMO的电子云密度分布也显示了π–π*的过渡，并伴随有一定程度的电荷转移的特征。因此，理论计算和实验数据共同佐证了TICT效应确实存在。

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