港中深唐本忠院士/赵征教授、河南农大刘立杰团队JACS

导读

近日，港中深唐本忠院士、赵征教授、河南农大刘立杰团队在有机硼聚集诱导发光材料领域取得重要研究进展。团队创新的构建了一类新型有机硼聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission，AIE）材料，实现了聚集诱导发光、稳定自由基化学与电致变色功能在单一有机硼分子平台中的协同集成，建立了从分子运动调控、电子态重构到器件功能输出之间的内在联系，实现了有机硼自由基覆盖可见光至近红外Ⅱ区（Vis–NIR-II）的超宽光谱吸收响应，为闭壳态/开壳态有机功能材料设计提供了新的理论基础和分子设计范式，对发展新一代有机硼智能光电材料具有重要科学意义。相关成果以 "Arylboron Tetraphenylethylene-analog AIEgens Enabling Reversible Closed-Shell/Open-Shell Switching" 为题，发表在国际化学领域顶级期刊《J. Am. Chem. Soc.》（10.1021/jacs.6c10644）上。

聚集诱导发光（AIE）材料能够有效克服传统荧光材料在聚集态下的发光猝灭（ACQ）问题，是当前国际功能光电材料领域的重要研究方向。四苯乙烯（TPE）作为最具代表性的AIE分子骨架，其发光主要来源于分子内运动受限（Restriction of Intramolecular Motion，RIM）机制。然而，长期以来相关研究主要集中于外围官能团修饰，对于分子核心转子结构的精准调控仍相对不足，这在一定程度上限制了AIE发光机制的深入认识及其多功能应用的发展。

图1. 芳基硼类四苯乙烯AIE材料的分子设计：转子锁定策略、聚集诱导发光机理、力致/压致变色、自由基特性及其在智能电致变色天幕中的应用。

针对上述科学问题，研究团队创新提出了“分子结构调控—电子态重构”协同设计策略，首次构建了一类芳基硼功能化四苯乙烯聚集诱导发光材料。研究通过转子锁定策略，系统揭示了核心转子结构对RIM型AIE行为的调控机制，实现了发光性能与分子构象之间的精准关联。同时，依托有机硼独特的空p轨道和可逆氧化还原特性，该体系能够在电化学条件下可逆生成稳定的烯硼式自由基，实现闭壳态与开壳态之间的可控切换，并获得覆盖可见光至近红外Ⅱ区（Vis–NIR-II）的超宽吸收响应，为稳定有机自由基材料设计提供了新的研究思路。

图2. 芳基硼AIE材料的分子设计、晶体结构及分子堆积。

图3. 芳基硼AIE材料的吸收与发光性质、低温磷光行为及理论计算分析。

图4. 芳基硼AIE材料的聚集诱导发光性能及分子内运动受限（RIM）机制研究。

图5. 芳基硼AIE材料的力致/压致变色性能及响应机制。

图6. 芳基硼自由基的制备与表征、可见光至近红外Ⅱ区（Vis–NIR-II）超宽光谱响应及理论计算分析。

在此基础上，团队进一步构筑了基于芳基硼自由基的新型电致变色材料与器件，实现了高光学对比度、快速响应和优异循环稳定性的电致变色性能，并成功拓展至图案化智能显示、大面积智能变色窗、光自适应智能电致变色天幕系统以及多级信息加密平台等应用场景，充分展示了该体系在智能光电材料和未来智能显示领域的重要应用潜力。

图7. 芳基硼电致变色器件的构筑及性能表征。

图8. 芳基硼电致变色器件在智能显示、智能窗、光自适应天幕及信息加密中的应用。

总结

该研究实现了AIE发光、自由基化学与Vis–NIR-II电致变色功能在单一有机硼分子平台中的协同集成，建立了从分子运动调控、电子态重构到器件功能输出之间的内在联系，为闭壳态/开壳态有机功能材料设计提供了新的理论基础和分子设计范式，对发展新一代有机硼智能光电材料具有重要科学意义。

河南农业大学化学与材料学院硕士研究生高浩雨为论文第一作者，河南农业大学刘立杰老师为第一通讯作者，香港中文大学（深圳）唐本忠院士、赵征教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、河南农业大学“拔尖人才”计划等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c10644

研究团队介绍

唐本忠，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、国际生物材料科学与工程会士、英国皇家化学会会士、美国医学与生物工程院会士，曾任973计划项目首席科学家、国家自然科学基金基础科学中心项目和重大项目负责人、广东省引进创新科研团队带头人等。现任中国化学会常务理事、华南理工大学和Wiley联合期刊Aggregate主编、《中国科学：化学》副主编、《化学进展》副主编等。2001年在国际上首次提出了AIE的概念并阐述了该现象的机理，创制了一系列具有原始创新性和自主知识产权的发光新材料，开发了它们在光电器件、化学检测和生物传感等领域的高技术应用，开创了一个中国科学家引领、国外科学家跟进的新研究领域。作为AIE概念的提出者和研究的引领者，迄今已发表学术论文2700余篇，总引用超过258,000次，h指数达220，连续入选化学和材料双领域高被引用科学家。唐本忠教授先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017）、何梁何利科学与技术进步奖（2017）、中国化学会-唐敖庆化学奖（2026）、法国化学会中-法化学讲座奖（2025）、中国化学会–中国石油化工股份有限公司化学贡献奖（2024）、广东省科学技术奖突出贡献奖（2024）、Nano Today Award（2024）、Biomaterials全球影响力奖（2023）等。

课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/tang-benzhong-cuhksz

赵征，博士生导师，香港中文大学（深圳）理工学院助理教授、医学院客座助理教授、香港中文大学（深圳）校长青年学者、深圳市鹏城孔雀计划特聘岗C类人才、深圳市分子聚集体功能材料重点实验室执行主任、香港中文大学（深圳）附属第二医院AIE临床转化中心执行副主任、中国人体健康科技促进会临床微生物与感染精准检验专业委员会常务委员、中国抗癌协会医工整合专业委员会委员、中国感光学会光学传感与诊疗专委会委员、Materials Chemistry Frontiers 新锐科学家、Journal of Materials Chemistry B新锐科学家、Chemical Communications新锐科学家、Science China Chemistry新锐科学家、自2021年起连续入选全球前2%顶尖科学家榜单、获首届中国化学会朱道本有机固体青年创新奖、江苏省林学会林业科学技术二等奖，广西省科技二等奖、河南省医学科技一等奖。研究方向为新型聚集体功能材料、有机光敏剂、近红外二区光学材料的生物医学医用等。截至目前已在Nat. Photonics., Nat. commun.，Matter., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Inter. Ed.，Adv. Mater等国际期刊公开发表SCI收录文章130余篇，引用16000余次，H index: 65。主持科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金海外优秀青年基金、国自然面上项目等。

课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/zhao_zheng/people/17259

刘立杰，博士生导师，河南农业大学化学与材料学院“拔尖人才”校聘教授，中国化学会高级会员。2019年博士毕业于北京理工大学，导师王苏宁教授（加拿大皇家科学院院士），2018年在加拿大女王大学（Queen's Univesity）做联合培养博士生，2019年-2020年在香港科技大学从事博士后研究，合作导师唐本忠院士，杨晶磊教授。2021年入选河南农业大学“拔尖人才”项目，主持国家自然科学基金项目1项，省部级基金项目3项，长期从事聚集诱导磷光材料及机理研究、有机硼光化学、多重刺激响应材料，农业可视化传感材料的研究。迄今已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int .Ed., Biosensor Bioelectron, Anal. Chem.等国际期刊上发表论文50余篇，被引1400余次，H-index = 21。

课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/lijieliu