科学通报 | 分子聚集态调控璀璨有机发光材料

有机发光材料凭借其分子结构的可调性、易加工性及功能多样性，在基础光物理研究以及光电子器件、生物成像、传感检测与信息加密等领域展现出广泛应用前景。早期研究主要通过分子设计策略优化材料的发光性能，强调通过化学修饰调控分子的光物理特性。

然而，随着柔性显示、可穿戴设备与智能照明等新兴技术的飞速发展，产业界对有机发光材料在高亮度、高效率、长寿命和高稳定性等方面提出了更高要求。事实上，在实际应用中，有机发光材料大多以聚集态形式存在，其光学性能不仅受单分子本征特性影响，更受到分子间非共价相互作用、堆积方式及聚集结构的显著调控。因此，如何突破传统单分子设计的局限，从“聚集态行为”入手提升发光颜色、效率、寿命以及外界刺激响应性等光物理性能，成为当前该领域亟需解决的核心科学问题。

近日，武汉体育学院青年教师杨玉杰博士与武汉大学李振教授团队在《科学通报》发表“分子聚集态调控璀璨有机发光材料”的观点类文章，系统总结了分子聚集态行为对有机发光材料光物理性能的调控作用，重点阐述了如何通过内源性分子设计与外源性刺激作用实现聚集态结构的精准调控，及其在各类有机发光材料体系中的应用实践与机制研究。

分子间相互作用，如π-π堆积、氢键作用、偶极-偶极作用及范德华力，以及J-聚集、H-聚集等分子堆积方式，在激发态动力学调控过程中扮演关键角色。这些相互作用不仅影响激子迁移、系间窜越及非辐射衰变路径等核心光物理过程，同时也为突破单分子设计的性能瓶颈、实现多刺激响应的发光行为提供了新思路。为系统揭示“分子设计—聚集态结构—光物理性能”之间的构效关系，该团队于2018年提出了“MUSIC (Molecular Uniting Set Identified Characteristic)”概念，旨在构建一套系统性的分子设计-聚集态结构-光物理性质关联框架，指导有机发光材料的设计与开发(图1)。

图1 分子聚集态下调控光物理性质。

文章围绕有机发光材料中聚集态结构调控的策略与机制展开系统性综述(图2)。基于“MUSIC”理论，归纳两种互补路径实现聚集态结构的调控：(i)内源性分子结构设计，通过调节分子空间位阻、电子效应及空间共轭等结构特征，精准调控分子堆积方式及分子间相互作用；(ii)外源性刺激调控，借助光、热、机械力、溶剂极性以及酸碱环境等外界因素，动态调控分子聚集状态，从而实现发光性能的可控调节(图3)。该文章系统总结了聚集态调控策略在各类有机发光材料体系中的应用实践与机制研究(图4)。在光致发光体系中，聚集态调控能够赋予材料聚集诱导发光(AIE)及室温磷光(RTP)等特性，实现发射波长与发光寿命的精细调控；在力致发光材料中，机械力诱导的可逆聚集态转变为应力传感与可重写光学记录提供了新思路；在电致发光应用中，分子堆积方式的精准调控有助于提升有机发光二极管(OLEDs)中的电荷输运效率与激子复合效率。此外，在热释光及多刺激响应材料体系中，聚集态动态变化能力则赋予了材料出色的环境感知能力，拓展了其在传感与信息安全等领域的应用边界。

图2 有机发光材料的发光光物理过程及分子聚集态优化发光性能的内在机制示意图。

图3 分子聚集态调控设计策略及示例。

图 4 聚集态调控在不同有机发光材料中的调控作用。

通过系统阐释分子设计、聚集态结构调控与光物理性能之间的内在联系，该文章为有机发光材料的性能优化与功能设计奠定了坚实的理论基础。同时，文章也展望了该领域面临的前沿挑战与发展机遇，包括：开发原位表征技术以实时追踪分子取向、堆积结构与激子扩散行为；结合多尺度模拟与机器学习加速新型材料的高效筛选与性能预测；拓展有机发光材料在高价值应用领域中的应用广度。总体而言，文章强调了聚集态调控在推动有机发光材料性能跃升与功能多样化中的核心作用，并为下一代具备可编程发光特性的功能材料研发提供了新路径。

武汉体育学院青年教师杨玉杰博士为该论文的第一作者，武汉大学李振教授为该论文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金(No. 22405200, 22235006)的支持。

文章信息

杨玉杰, 李振. 分子聚集态调控璀璨有机发光材料. 科学通报, 2026, 71（22）: 5310–5325

Yang Y, Li Z. Regulation of molecular aggregation structures brightening organic luminescent materials (in Chinese). Chin Sci Bull, 2026, 71（22）: 5310–5325, doi: 10.1360/CSB-2025-0523

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