生物分离与界面分子机制创新特区组(18T7组)卿光焱研究员团队发现了一种全新的聚集诱导发光增强(AIEE)分子:2-氨基苯硼酸二聚体。基于2-氨基苯硼酸二聚体的分子结构及荧光性质,进一步发现了一种新型的B-N和B-O动态共价键。该研究刷新了人们对AIEE分子结构特点的认识,为AIEE分子提供了新的设计思路。
AIEE颠覆了聚集会导致荧光猝灭这一传统观念,在光电器件、细胞与组织成像、生化传感等领域展现出极高的应用价值,是当前学术上的一个研究热点。芳香族分子荧光强度高、结构可调节性强,一直是AIEE研究的核心。为避免聚集时产生会导致荧光猝灭的π-π堆积作用,AIEE芳香分子通常拥有较大的分子尺寸和扭曲的空间结构。简单的芳香分子是否具有AIEE活性?这一问题的探究可进一步丰富AIEE家族的分子结构,拓展AIEE理论研究的广度及深度。
该团队发现简单芳香族分子2-氨基苯硼酸具有典型的AIEE效应,其固体绝对荧光量子产率高达81.3%。单晶结构分析表明,2-氨基苯硼酸并非以单体形式存在,而是通过脱水形成以B–O和B–N共价键连接的特殊二聚体结构。2-氨基苯硼酸二聚体分子在空间有序聚集,使其表现出AIEE效应。更为重要的是,2-氨基苯硼酸二聚体结构中的B–O和B–N共价键是一种新型的动态共价键,能够在CO2和N2的交替作用下可逆打开和重构,表现为荧光的猝灭和恢复。进一步,该研究展示了2-氨基苯硼酸二聚体在CO2检测和纳米门控器件方面的应用潜力。2-氨基苯硼酸二聚体融AIEE与动态共价化学效应于一体,在糖识别和分离、生化传感、自我修复、超分子自组装和药物控制释放等领域也具有很大的应用潜力。
该研究工作得到了固体核磁共振与催化化学研究组侯广进研究员和赵侦超副研究员、复杂分子体系反应动力学研究组羊送球副研究员和杨阳副研究员的协助和支持。相关成果发表在《化学科学》(Chemical Science)上,第一作者是18T7组博士后李晓佩。以上研究工作得到国家自然科学基金项目、大连化物所创新基金项目、兴辽英才计划项目等支持。