近年来，具有光子/电子产生、分离和传输特性的有机光电材料引起了人们的广泛关注。对于发光化合物如有机发色团，高的荧光量子产率是一大优异特性，通常通过促进辐射跃迁和抑制非辐射跃迁来实现。与此相反，辐射跃迁意味着光生载流子容易复合，这对于光催化反应（如水裂解、CO2还原和H2O2生成等）是十分不利的。因此，受光生载流子分离和复合这两个相互排斥的物理化学过程的限制，在同一体系中同时实现光致发光和光催化是极具挑战性的难题。
近日，西北工业大学田威教授团队受脊椎动物中神经纤维轴突周期性分离髓鞘产生的阻断促进信号传递现象的启发，提出了一种由芳烃-全氟芳烃（A–P）相互作用诱导的仿生隔离-传导策略，实现了在同一超分子共组装体中光致发光和光催化析氢性能的同步增强。
在此基础上，作者进一步对组装体系中光致发光和光催化析氢效果和机理进行了研究。结果表明，与传统供受体导致的荧光红移和淬灭不同的是，该体系可实现固态下增强的单分子发光；同时，光催化析氢性能提升至两个单组分组装体的15.2倍和54.4倍。其原因是八氟萘作为嵌入在芳香分子阵列中的隔离子阻断了单线态-三线态跃迁路径，同时由A–P作用引起的分子间偶极促进了光生载流子的传导。
最后，作者将这种双功能共组装体材料用于构建含氟污水处理系统。结果表明，可实现全氟辛酸的实时荧光检测（检测限低至65 nM）和有效去除（残余量小于49 ng L-1）；同时纯化的污水进而用于光催化析氢，在全光谱照射下的产氢速率可达1.06 mmol m-2 h-1。
相关研究成果发表于《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202423174)。
课题组高昭副教授和硕士生孙健翔为文章共同第一作者，田威教授为论文唯一通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202423174
在生命系统中，动力学捕获的超分子聚合物对于实现具有特殊结构和功能的复杂生物分子至关重要。受此启发，研究者们的兴趣从热力学聚合过程转向在人工场景下动力学控制的亚稳态超分子聚合，而具有微妙的协同、竞争或正交相互作用关系的复杂分子结构被认为是实现路径复杂性的必要条件。尽管亚稳态超分子聚合已经有了很多进展，但可用的非共价驱动力组合仍然很少，因此需要设计一种简单而通用的解决方案来有效调节亚稳态聚集的能量景观。
近日，课题组提出了一种用于平行/垂直芳族堆积的协同竞争驱动的策略，以构筑由一类由吲哚侧基和芳香核组成的简单单体衍生的亚稳态超分子聚合物。通过时间、温度依赖的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱、透射电子显微镜以及原子力显微镜来研究不同分子的超分子聚合行为。
在此基础上，作者进一步分析各分子的单晶结构、核磁滴定实验、二维NOESY实验、理论计算等多种实验数据仔细讨论了不同芳核堆积的协同关系。结果表明，当中心芳核较小时，体系内仅存在单一的C-H…π相互作用，随着芳核逐渐变大，其π-π堆积作用不能再被忽略。当芳核为蒽基时，π-共轭单体首先通过面对面堆积的方式被捕获为亚稳态物种，随后在两种更稳定的相互作用协同驱动下自发地向热力学稳定状态转变。
最后，利用上述分子在水相中的自发荧光强度及颜色变化规律，将其应用于动态细胞成像。实验结果表明，所设计的动态荧光成像剂能够在多种细胞中发挥作用，有效减少伪影并提高背景对比度，展示了该策略在智能材料和生物医学领域中的应用前景。
该研究成果发表于《Nature Communications》（Nat Commun 15, 10762 (2024). ）。
课题组高昭副教授和硕士生谢煦栩为文章共同第一作者，田威教授为论文唯一通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55106-z