“弱”而不弱：利用分子间弱相互作用调节力致发光颜色

注：文末有本文科研思路分析

力致发光（Mechanoluminescence, ML）指的是物质在外界力的作用（如研磨、摩擦、刮划、切割、剪切、粉碎，挤压等）下受激发光的现象，又称为摩擦发光（Triboluminescence, TL）。相比于光致发光、化学发光、电致发光等其他类型的发光材料，由于力致发光材料具有外力作用诱导发光的特殊性质，其对压力、张力、剪切力、冲击力等外界应力具有十分灵敏的光学响应，在应力传感、商标防伪、预报监测、照明等领域具有重要的潜在应用，引起越来越多的关注。力致发光的报道最早可追溯到17世纪初，但至今尚无系统的材料设计策略。因此，如何调节力致发光材料的发光颜色、强度等性质对于该类材料的发展至关重要。

近日，中山大学的池振国（点击查看介绍）、张艺（点击查看介绍）教授课题组通过分子设计与合成，首次报道了基于同一分子（CDpP）构筑的两种力致发光颜色截然不同的晶体。这种化合物的单晶存在Cc和P2₁/n两种晶型排列方式，与之对应的微晶粉末在室温条件、外界压力的刺激下能分别发射出绿光和蓝光。通过飞秒瞬态荧光光谱研究，他们发现两种晶体的激发态具有不同的辐射跃迁途径。对比两种单晶，晶体CDpP-B中存在更多的C-H•••π作用，使分子中二苯胺基团上的苯环旋转受限，抑制了激发态弛豫时的构象转变，使其表现为局域态（LE）发射的蓝光；相反，晶体CDpP-G中较少的C-H•••π作用无法限制弛豫时的构象转变，使其表现为分子内扭曲电荷转移（TICT）的绿光发射。在该研究中，他们提出通过分子间弱相互作用（C-H•••π）实现力致发光过程中激发态的调控，进而调节力致发光的颜色。作用力微弱的分子间C-H•••π相互作用在力致发光调节过程中却四两拨千斤，起到了关键作用，正如题目所言：“弱”而不弱。

这一成果近期发表在Chemical Science 上，文章的第一作者是中山大学化学学院的博士研究生谢宗良，通讯作者为中山大学化学学院的于涛副研究员、张艺教授和池振国教授。

该论文作者为：Zongliang Xie, Tao Yu, Junru Chen, Eethamukkala Ubba, Leyu Wang, Zhu Mao, Tongtong Su, Yi Zhang, Siwei Liu, Jiarui Xu, Zhenguo Chi, Matthew P. Aldred

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Weak Interactions but Potent Effect: Tunable Mechanoluminescence by Adjusting Intermolecular C-H•••π Interactions

Chem. Sci., 2018, 9, 5787, DOI: 10.1039/C8SC01703D

导师介绍

池振国

http://www.x-mol.com/university/faculty/15409

张艺

http://www.x-mol.com/university/faculty/15429

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：我们课题组一直致力于力刺激响应有机发光智能材料的开发与应用研究。如上文所言，力致发光作为最早报道的发光现象之一，其应力激发和瞬时发光的独特性质增加了研究的难度，迄今尚无系统性的材料设计策略。因此，我们课题组一直关注如何调节力致发光的颜色和强度等性质，这些研究工作对力致发光材料的发展和广泛应用意义重大。基于此想法，我们尝试过多种不同的分子设计策略和方法，最终获得这种能构筑出两种截然不同力致发光晶体的分子CDpP。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：尽管力致发光材料受外力刺激后发光又会瞬间消失，增加其力致发光光谱的采集难度，但却不是此次研究工作的最大挑战。工作中的难点在于对两种晶体具有截然不同的力致发光颜色原因的深究中，其激发态的辐射跃迁过程太快，无法通过一般的瞬态荧光测试手段进行表征和研究。我们经过不断地学习和探索，最终利用飞秒瞬态荧光光谱测试技术，清晰地捕捉到两种晶体激发态辐射跃迁过程的差异。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：相比于光致发光、化学发光、电致发光等其他几种类型的发光材料，力致发光分子可以在外界应力的诱导下受激发光，说明这类材料对外界应力具有灵敏的光学智能响应，因此这类智能材料在应力传感器、商标防伪、新型光源以及预报监测等领域具有重要的潜在应用。