近日，我院化学系张天副教授在四苯吡嗪类杂环AEE化合物的发光机理和分子设计研究中取得重要进展，相关成果以“Aggregation-enhanced emission in tetraphenylpyrazine-based luminogens: theoretical modulation and experimental validation （四苯吡嗪衍生物的聚集增强发光研究：理论调控和实验验证）“为题，在线发表于化学领域著名期刊《材料化学前沿》（Mater. Chem. Front. 2021，doi: 10.1039/d1qm00313e）上。
聚集增强发光（AEE）材料因在发光器件和生物探针领域的广泛应用而备受国内外科研工作者的关注。在AEE材料中，一类非常重要的体系是杂环AEE化合物。这类体系与纯碳氢化合物相比，发光机理更为复杂，研究内容也更具挑战性，体现在： (1) 杂原子的孤对电子会发生n→π*跃迁；（2）杂环的电子给体或受体性质会形成电荷转移态；(3) 杂原子可能会产生特殊的分子间相互作用。
研究者选取了四苯吡嗪（TPP）及其衍生物这类典型的杂环AEE体系，结合极化连续介质模型、量子力学/分子力学方法和热振动关联函数理论，系统地研究了TPP及其衍生物在溶液和固态的分子几何结构、分子间相互作用、电子跃迁性质、发光量子效率和振动/几何弛豫，阐明了此类杂环AEE化合物的聚集效应和取代基效应。
理论研究发现，添加苯环到吡嗪环可以通过电子共轭效应将n→π*组分转变为π→π*，同时激活产生AEE特性的分子内运动受限（RIM）机制；用吸电子取代基CF3修饰TPP的四个苯环很难改变电子跃迁性质，因而TPP-4CF3的固态发光效率相比于TPP未能得到很大的提升；而用给电子取代基OCH3修饰苯环可以增强整个分子骨架的电子密度并完全打开辐射跃迁的通道，使得TPP-4OCH3的固态发光效率最高。此外，CF3和OCH3取代基可以分别引入额外的分子间CH···F / F···F / CF···π和CH···O相互作用，从而促进RIM并减慢无辐射衰减过程。这一理论调控结果立即得到了实验验证，研究成果不仅加深了对AEE现象的理解，还为杂环AEE化合物的分子设计提供了理论依据。
该项研究成果是由我院张天副教授和华南理工大学唐本忠院士团队王志明教授课题组合作完成，我院硕士生巩光帅为第一作者。研究工作同时得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和广东省分子聚集发光重点实验室开放基金等项目的资助。
《Materials Chemistry Frontiers》作为中国化学会与英国皇家化学会联合筹办的“化学前沿”三大系列期刊之一，是JCR Q1及中科院1区TOP期刊，影响因子6.788，发表内容涉及化学、物理学和材料学等众多领域，发表的论文具有很高的科研及应用价值。