香港科技大学唐本忠院士团队在可控可调多功能智能表面领域取得新进展

近日，香港科技大学唐本忠院士团队首次提出了一种利用阴离子-π+相互作用的形成或解离来调控具有聚集诱导发光（Aggregation-inducedEmission, AIE）特性的纳米颗粒其荧光特性的新策略，成功制备了一种表面荧光强度可调、浸润性可控的智能表面。聚集诱导发光分子（AIE luminogens, AIEgens）中的分子内运动可消耗激发态能量。对于AIE纳米粒子，与嵌入纳米粒子核心中的分子相比，位于纳米粒子表面上的分子受到周围环境的限制程度相对更弱，因此，AIE纳米粒子的发光主要来自内部分子。当进一步限制位于纳米粒子表面分子的分子运动时，则可以实现具有荧光强度可调的AIE纳米粒子。阴离子-π+相互作用已被证实是一种限制分子运动、降低分子非辐射跃迁的有效手段。

在本研究中，我们设计合成了带有咪唑环的AIE分子，在有酸的存在下，位于咪唑环上的氮原子可以被质子化，在聚集体下有机盐易形成阴离子-π+相互作用，从而进一步限制AIE分子运动。基于这一策略，通过使用痕量的酸成功实现了对AIE纳米颗粒荧光强度的超灵敏调节。此外，利用三烷氧基硅烷可与硅基表面发生相互作用的特性，通过在AIE分子上修饰三乙氧基硅烷，制备了AIE纳米颗粒修饰的多功能刺激响应性的智能表面。

图1. 利用阴离子-π+相互作用调控AIE纳米颗粒荧光强度及AIE纳米颗粒修饰表面的浸润性的示意图

所得到的智能表面具有超快响应的可调节荧光特性，在无任何处理的情况下荧光强度可进行自发恢复。同时，在酸蒸汽刺激下，由于表面极性的变化，该表面也具有可调控和自恢复的润湿性。通过简单快速的酸蒸汽刺激表面的操作方式，不同的润湿状态和润湿梯度可以在该表面上准确控制。这使得该表面在润湿性相关的应用中具有很大的潜力。区别于传统的光刻工艺制备的具有非均匀润湿性的表面，该表面可以作为可重复使用的平台，用以产生不同的润湿性或润湿性图案，进一步应用于不同领域研究，比如用于研究和控制液滴扩散行为或控制细菌粘附行为等等。由于具有荧光和润湿性双重响应的特性，该智能表面在多重读数的酸蒸汽快速检测设备的应用中也具有广阔的应用潜力。这一概念的提出和应用研究不仅为调控AIE纳米粒子的荧光行为提供了新策略，也显示了基于AIE材料的功能性表面在智能设备应用中的潜力。

图2. 通过酸蒸汽实现对AIE功能性表面的荧光强度的调控

图3. 该功能性表面同时具有可调控的润湿性

该工作以“A Smart AIEgen-Functionalized Surface with Reversible Modulation of Fluorescence and Wettability”为题发表于Materials Horizions。

文章信息及链接：Xin Cai, Ni Xie, Ying Li, Jacky W. Y. Lam, JunkaiLiu, Wei He, Jianguo Wang* and Ben Zhong Tang*Materials Horizons, 2019, DOI:10.1039/C9MH00798A