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“我們這篇純理論工作能在 Nature Photonics 發表，反映出空間共軛型有機發光材料這一方向正在逐漸受到領域內的關注和認可。”浙江大學張浩可研究員表示。
據張浩可介紹他和課題組的這項理論研究，為深入理解聚集體的光物理特性提供了新視角，并為構建高效的弱作用基發光材料奠定了基礎，能夠給有機功能材料帶來全新的基礎理論和功能化應用。
同時，雖然該團隊聚焦于探究基于弱相互作用力的發光材料的空間共軛機理，但在研究伊始他們就曾思考過應用場景。“畢竟新理論的發展，也是為新技術和新材料服務的。”張浩可說。
目前，他認為比較有前景的兩個應用方向是生物體探針和發光纖維。
對于生物體探針來說，它能結合弱作用基發光材料的結構獨特性，有望開發出兼具熒光蛋白和傳統小分子熒光染料優勢的下一代生物體探針，從而為生命科學領域提供新的技術手段。
對于發光纖維來說，目前課題組和浙大高分子系張興宏教授合作已經初步實現了相關應用的開發，它能讓一些常見的纖維產生本征光致或電致發光行為，并且不需要進行任何摻雜，因此在下一代柔性電子器件上將會產生重要價值。
從 20 世紀末到本世紀初，人們在一些非共軛、非芳香的聚合物體系（如脂肪族聚酰胺胺和聚酯等）中觀察到了反常的可見光發射現象，然而這在當時從事光物理研究的學者看來是一件匪夷所思的事。
基于成熟光物理理論可知：要想得到高效和長波長的發光材料，需要構建具有離域 π 電子的稠環結構，比如構建苝酰亞胺和 BODIPY 這樣的結構。
由于聚合物結構不確定性，尤其是其中較難除去的催化劑或某些微量副反應產物，導致光物理領域的研究者們認為這種發光來自雜質，而非其本征發光行為。
即使到了今天，這種類型的論文在投稿時還是會被審稿人普遍質疑雜質問題而被拒稿。
當然，這個質疑也是可以被理解和被接受的，因為在討論一個材料的性能和構效關系時，如果結構是不確定的，那么去討論后面的內容確實會顯得有點海市蜃樓，同時在一些研究工作中它的聚合物純度的確達不到光學測試要求。
2020 年，張浩可回到浙江大學高分子系開展研究工作后，他希望徹底搞清楚反常發光行為的背后原因，以便在目前成熟的光物理理論框架下實現突破，從而解決上述機制難題。
為此，他和課題組定下這樣一個研究策略：構建非共軛“多芳基烷烴”這一小分子模型。該模型有著明確的單晶結構，可以清晰地構建出構效關系。
對于這一想法他表示要追溯到自己在香港科技大學唐本忠院士團隊讀博期間研究的非共軛四苯乙烷分子 [1]。
在這個分子體系之中，他曾經明確觀察到了空間共軛效應。但是，當時這篇論文并未揭示出構效關系。
進入浙江大學工作之后，張浩可團隊在多芳基烷烴的空間共軛機制研究方面取得了多項進展 [2]，同時他也認為這一機制確實能為領域內發展帶來一定貢獻。
“當我在跟不同的光物理領域專家交流時，也逐漸感受到了大家的認可。更為重要的是我們建立了較為系統的構效關系。”其表示。
利用這一機制，可以在構象和基元電子結構上，針對空間共軛強度進行可控性調節，從而為發展特殊的發光材料體系帶來理論指導意義。
具體來說，本次課題由該團隊的博士生徐清洋完成。徐清洋也是由張浩可獨立招收的第一屆碩士生和第一屆博士生。
從徐清洋加入該實驗室開始，便確定了本次課題的研究方向，整個研究耗時三年之久。
第一年，徐清洋合成了一系列分子，針對這些分子的結構加以表征之后，測試了這些分子的光物理性質。
初步結果顯示：該體系中的一系列分子展示出十分優異的光物理性質，但是針對其背后的原因，該團隊當時未能給出令人信服的解釋。
不過，張浩可預感這個課題會有較大的理論價值，因此他建議徐清洋繼續完善課題。
同時，要深入地思考背后機理，尤其要思考為何僅僅改變萘環的連接位點，就能對光物理性質產生如此大的影響？
在張浩可和徐清洋的共同努力之下，他們又花費一年時間針對課題進行多次完善，并針對論文中的 8 個分子進行反復合成、結構表征和光譜數據收集，從而讓數據的可重復性得以確保。
并在第三年針對這些分子的獨特光物理性質加以總結，借此發現了單分子構象和聚集體多級結構對其分子內空間共軛的協同調控效應。
這不僅加深了他們對于空間共軛發光機制的理解，也提升了對于關鍵科學問題的把握能力和解決能力。
日前，相關論文以《基于超強空間共軛構筑高效有機發光體》（Efficient organic emitters enabled by ultrastrong through-space conjugation）為題發在 Nature Photonics（IF 32.3）。
徐清洋是第一作者，張浩可和香港科技大學唐本忠院士擔任共同通訊作者 [3]。
圖 | 相關論文（來源：Nature Photonics）
其中一位審稿人評價稱，隨著分子中 1-萘基基元數量的增加，空間共軛的強度會出現顯著增強。尤其是 111-TNM 分子表現出了令人印象深刻的固態絕對量子效率。
因此，這一研究結果突出強調了分子構象和聚集體協同效應在決定材料光物理特性方面的關鍵作用。
目前，本次研究體系主要是基于非價鍵共軛體系。然而，他最近發現在具有扭轉結構的共軛分子體系中也存在空間共軛效應，并且它還表現出抑制部分振動能級躍遷強度的獨特性質，這意味著其能幫助提高弱作用基發光體的色純度。
因此，他和團隊將探究在扭轉型共軛分子體系中的空間共軛效應，將空間共軛發展成為一種系統的光物理理論機制。
與此同時，該課題組已經開始利用虛擬篩選來進行弱作用基發光材料的開發。
這種方法非常高效，目前他們成功開發出已知體積最小（或之一）的有機近紅外熒光分子——二嘧啶甲烷。它的本體最佳發射波長為 700nm，發光量子產率高達 25%[4]。
此外，張浩可也在利用機器學習和虛擬篩選結合的方法來開發高效弱作用基發光聚合物。“相信在不遠的未來會再次給大家介紹新成果。”張浩可表示。
1. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 16264-16272
2. Nat. Commun., 2024, 15, 6426; 2022, 13, 3492. J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 21104; 2022, 144, 7901; 2021, 143, 9565; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e 202413751; 2024, 63, e202403827; 2024, 63, e202318245; 2023, 62, e202306762
3. Nat. Photon., 2024, 18, 1185-1194
4. Chem, 2024, 10.1016/j.chempr.2024.08.022）
“我們這篇純理論工作能在 Nature Photonics 發表，反映出空間共軛型有機發光材料這一方向正在逐漸受到領域內的關注和認可。”浙江大學張浩可研究員表示。
據張浩可介紹他和課題組的這項理論研究，為深入理解聚集體的光物理特性提供了新視角，并為構建高效的弱作用基發光材料奠定了基礎，能夠給有機功能材料帶來全新的基礎理論和功能化應用。
同時，雖然該團隊聚焦于探究基于弱相互作用力的發光材料的空間共軛機理，但在研究伊始他們就曾思考過應用場景。“畢竟新理論的發展，也是為新技術和新材料服務的。”張浩可說。
目前，他認為比較有前景的兩個應用方向是生物體探針和發光纖維。
對于生物體探針來說，它能結合弱作用基發光材料的結構獨特性，有望開發出兼具熒光蛋白和傳統小分子熒光染料優勢的下一代生物體探針，從而為生命科學領域提供新的技術手段。
對于發光纖維來說，目前課題組和浙大高分子系張興宏教授合作已經初步實現了相關應用的開發，它能讓一些常見的纖維產生本征光致或電致發光行為，并且不需要進行任何摻雜，因此在下一代柔性電子器件上將會產生重要價值。
從 20 世紀末到本世紀初，人們在一些非共軛、非芳香的聚合物體系（如脂肪族聚酰胺胺和聚酯等）中觀察到了反常的可見光發射現象，然而這在當時從事光物理研究的學者看來是一件匪夷所思的事。
基于成熟光物理理論可知：要想得到高效和長波長的發光材料，需要構建具有離域 π 電子的稠環結構，比如構建苝酰亞胺和 BODIPY 這樣的結構。
由于聚合物結構不確定性，尤其是其中較難除去的催化劑或某些微量副反應產物，導致光物理領域的研究者們認為這種發光來自雜質，而非其本征發光行為。
即使到了今天，這種類型的論文在投稿時還是會被審稿人普遍質疑雜質問題而被拒稿。
當然，這個質疑也是可以被理解和被接受的，因為在討論一個材料的性能和構效關系時，如果結構是不確定的，那么去討論后面的內容確實會顯得有點海市蜃樓，同時在一些研究工作中它的聚合物純度的確達不到光學測試要求。
2020 年，張浩可回到浙江大學高分子系開展研究工作后，他希望徹底搞清楚反常發光行為的背后原因，以便在目前成熟的光物理理論框架下實現突破，從而解決上述機制難題。
為此，他和課題組定下這樣一個研究策略：構建非共軛“多芳基烷烴”這一小分子模型。該模型有著明確的單晶結構，可以清晰地構建出構效關系。
對于這一想法他表示要追溯到自己在香港科技大學唐本忠院士團隊讀博期間研究的非共軛四苯乙烷分子 [1]。
在這個分子體系之中，他曾經明確觀察到了空間共軛效應。但是，當時這篇論文并未揭示出構效關系。
進入浙江大學工作之后，張浩可團隊在多芳基烷烴的空間共軛機制研究方面取得了多項進展 [2]，同時他也認為這一機制確實能為領域內發展帶來一定貢獻。
“當我在跟不同的光物理領域專家交流時，也逐漸感受到了大家的認可。更為重要的是我們建立了較為系統的構效關系。”其表示。
利用這一機制，可以在構象和基元電子結構上，針對空間共軛強度進行可控性調節，從而為發展特殊的發光材料體系帶來理論指導意義。
具體來說，本次課題由該團隊的博士生徐清洋完成。徐清洋也是由張浩可獨立招收的第一屆碩士生和第一屆博士生。
從徐清洋加入該實驗室開始，便確定了本次課題的研究方向，整個研究耗時三年之久。
第一年，徐清洋合成了一系列分子，針對這些分子的結構加以表征之后，測試了這些分子的光物理性質。
初步結果顯示：該體系中的一系列分子展示出十分優異的光物理性質，但是針對其背后的原因，該團隊當時未能給出令人信服的解釋。
不過，張浩可預感這個課題會有較大的理論價值，因此他建議徐清洋繼續完善課題。
同時，要深入地思考背后機理，尤其要思考為何僅僅改變萘環的連接位點，就能對光物理性質產生如此大的影響？
在張浩可和徐清洋的共同努力之下，他們又花費一年時間針對課題進行多次完善，并針對論文中的 8 個分子進行反復合成、結構表征和光譜數據收集，從而讓數據的可重復性得以確保。
并在第三年針對這些分子的獨特光物理性質加以總結，借此發現了單分子構象和聚集體多級結構對其分子內空間共軛的協同調控效應。
這不僅加深了他們對于空間共軛發光機制的理解，也提升了對于關鍵科學問題的把握能力和解決能力。
日前，相關論文以《基于超強空間共軛構筑高效有機發光體》（Efficient organic emitters enabled by ultrastrong through-space conjugation）為題發在 Nature Photonics（IF 32.3）。
徐清洋是第一作者，張浩可和香港科技大學唐本忠院士擔任共同通訊作者 [3]。
圖 | 相關論文（來源：Nature Photonics）
其中一位審稿人評價稱，隨著分子中 1-萘基基元數量的增加，空間共軛的強度會出現顯著增強。尤其是 111-TNM 分子表現出了令人印象深刻的固態絕對量子效率。
因此，這一研究結果突出強調了分子構象和聚集體協同效應在決定材料光物理特性方面的關鍵作用。
目前，本次研究體系主要是基于非價鍵共軛體系。然而，他最近發現在具有扭轉結構的共軛分子體系中也存在空間共軛效應，并且它還表現出抑制部分振動能級躍遷強度的獨特性質，這意味著其能幫助提高弱作用基發光體的色純度。
因此，他和團隊將探究在扭轉型共軛分子體系中的空間共軛效應，將空間共軛發展成為一種系統的光物理理論機制。
與此同時，該課題組已經開始利用虛擬篩選來進行弱作用基發光材料的開發。
這種方法非常高效，目前他們成功開發出已知體積最小（或之一）的有機近紅外熒光分子——二嘧啶甲烷。它的本體最佳發射波長為 700nm，發光量子產率高達 25%[4]。
此外，張浩可也在利用機器學習和虛擬篩選結合的方法來開發高效弱作用基發光聚合物。“相信在不遠的未來會再次給大家介紹新成果。”張浩可表示。
1. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 16264-16272
2. Nat. Commun., 2024, 15, 6426; 2022, 13, 3492. J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 21104; 2022, 144, 7901; 2021, 143, 9565; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e 202413751; 2024, 63, e202403827; 2024, 63, e202318245; 2023, 62, e202306762
3. Nat. Photon., 2024, 18, 1185-1194
4. Chem, 2024, 10.1016/j.chempr.2024.08.022）
“我們這篇純理論工作能在 Nature Photonics 發表，反映出空間共軛型有機發光材料這一方向正在逐漸受到領域內的關注和認可。”浙江大學張浩可研究員表示。
據張浩可介紹他和課題組的這項理論研究，為深入理解聚集體的光物理特性提供了新視角，并為構建高效的弱作用基發光材料奠定了基礎，能夠給有機功能材料帶來全新的基礎理論和功能化應用。
同時，雖然該團隊聚焦于探究基于弱相互作用力的發光材料的空間共軛機理，但在研究伊始他們就曾思考過應用場景。“畢竟新理論的發展，也是為新技術和新材料服務的。”張浩可說。
目前，他認為比較有前景的兩個應用方向是生物體探針和發光纖維。
對于生物體探針來說，它能結合弱作用基發光材料的結構獨特性，有望開發出兼具熒光蛋白和傳統小分子熒光染料優勢的下一代生物體探針，從而為生命科學領域提供新的技術手段。
對于發光纖維來說，目前課題組和浙大高分子系張興宏教授合作已經初步實現了相關應用的開發，它能讓一些常見的纖維產生本征光致或電致發光行為，并且不需要進行任何摻雜，因此在下一代柔性電子器件上將會產生重要價值。
從 20 世紀末到本世紀初，人們在一些非共軛、非芳香的聚合物體系（如脂肪族聚酰胺胺和聚酯等）中觀察到了反常的可見光發射現象，然而這在當時從事光物理研究的學者看來是一件匪夷所思的事。
基于成熟光物理理論可知：要想得到高效和長波長的發光材料，需要構建具有離域 π 電子的稠環結構，比如構建苝酰亞胺和 BODIPY 這樣的結構。
由于聚合物結構不確定性，尤其是其中較難除去的催化劑或某些微量副反應產物，導致光物理領域的研究者們認為這種發光來自雜質，而非其本征發光行為。
即使到了今天，這種類型的論文在投稿時還是會被審稿人普遍質疑雜質問題而被拒稿。
當然，這個質疑也是可以被理解和被接受的，因為在討論一個材料的性能和構效關系時，如果結構是不確定的，那么去討論后面的內容確實會顯得有點海市蜃樓，同時在一些研究工作中它的聚合物純度的確達不到光學測試要求。
2020 年，張浩可回到浙江大學高分子系開展研究工作后，他希望徹底搞清楚反常發光行為的背后原因，以便在目前成熟的光物理理論框架下實現突破，從而解決上述機制難題。
為此，他和課題組定下這樣一個研究策略：構建非共軛“多芳基烷烴”這一小分子模型。該模型有著明確的單晶結構，可以清晰地構建出構效關系。
對于這一想法他表示要追溯到自己在香港科技大學唐本忠院士團隊讀博期間研究的非共軛四苯乙烷分子 [1]。
在這個分子體系之中，他曾經明確觀察到了空間共軛效應。但是，當時這篇論文并未揭示出構效關系。
進入浙江大學工作之后，張浩可團隊在多芳基烷烴的空間共軛機制研究方面取得了多項進展 [2]，同時他也認為這一機制確實能為領域內發展帶來一定貢獻。
“當我在跟不同的光物理領域專家交流時，也逐漸感受到了大家的認可。更為重要的是我們建立了較為系統的構效關系。”其表示。
利用這一機制，可以在構象和基元電子結構上，針對空間共軛強度進行可控性調節，從而為發展特殊的發光材料體系帶來理論指導意義。
具體來說，本次課題由該團隊的博士生徐清洋完成。徐清洋也是由張浩可獨立招收的第一屆碩士生和第一屆博士生。
從徐清洋加入該實驗室開始，便確定了本次課題的研究方向，整個研究耗時三年之久。
第一年，徐清洋合成了一系列分子，針對這些分子的結構加以表征之后，測試了這些分子的光物理性質。
初步結果顯示：該體系中的一系列分子展示出十分優異的光物理性質，但是針對其背后的原因，該團隊當時未能給出令人信服的解釋。
不過，張浩可預感這個課題會有較大的理論價值，因此他建議徐清洋繼續完善課題。
同時，要深入地思考背后機理，尤其要思考為何僅僅改變萘環的連接位點，就能對光物理性質產生如此大的影響？
在張浩可和徐清洋的共同努力之下，他們又花費一年時間針對課題進行多次完善，并針對論文中的 8 個分子進行反復合成、結構表征和光譜數據收集，從而讓數據的可重復性得以確保。
并在第三年針對這些分子的獨特光物理性質加以總結，借此發現了單分子構象和聚集體多級結構對其分子內空間共軛的協同調控效應。
這不僅加深了他們對于空間共軛發光機制的理解，也提升了對于關鍵科學問題的把握能力和解決能力。
日前，相關論文以《基于超強空間共軛構筑高效有機發光體》（Efficient organic emitters enabled by ultrastrong through-space conjugation）為題發在 Nature Photonics（IF 32.3）。
徐清洋是第一作者，張浩可和香港科技大學唐本忠院士擔任共同通訊作者 [3]。
圖 | 相關論文（來源：Nature Photonics）
其中一位審稿人評價稱，隨著分子中 1-萘基基元數量的增加，空間共軛的強度會出現顯著增強。尤其是 111-TNM 分子表現出了令人印象深刻的固態絕對量子效率。
因此，這一研究結果突出強調了分子構象和聚集體協同效應在決定材料光物理特性方面的關鍵作用。
目前，本次研究體系主要是基于非價鍵共軛體系。然而，他最近發現在具有扭轉結構的共軛分子體系中也存在空間共軛效應，并且它還表現出抑制部分振動能級躍遷強度的獨特性質，這意味著其能幫助提高弱作用基發光體的色純度。
因此，他和團隊將探究在扭轉型共軛分子體系中的空間共軛效應，將空間共軛發展成為一種系統的光物理理論機制。
與此同時，該課題組已經開始利用虛擬篩選來進行弱作用基發光材料的開發。
這種方法非常高效，目前他們成功開發出已知體積最小（或之一）的有機近紅外熒光分子——二嘧啶甲烷。它的本體最佳發射波長為 700nm，發光量子產率高達 25%[4]。
此外，張浩可也在利用機器學習和虛擬篩選結合的方法來開發高效弱作用基發光聚合物。“相信在不遠的未來會再次給大家介紹新成果。”張浩可表示。
1. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 16264-16272
2. Nat. Commun., 2024, 15, 6426; 2022, 13, 3492. J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 21104; 2022, 144, 7901; 2021, 143, 9565; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e 202413751; 2024, 63, e202403827; 2024, 63, e202318245; 2023, 62, e202306762
3. Nat. Photon., 2024, 18, 1185-1194
4. Chem, 2024, 10.1016/j.chempr.2024.08.022）
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