昨天 21:43
導(dǎo)讀
幾乎沒有任何研究課題會(huì)完全按照預(yù)期發(fā)展；如果有，這種研究不會(huì)有任何突破、不會(huì)給人帶來任何驚喜。
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本視頻發(fā)布于2022年1月7日，觀看量已達(dá)2萬
精彩再現(xiàn)：
眾所周知，現(xiàn)在中國(guó)科學(xué)家發(fā)表的論文已經(jīng)非常多了。我多次講過，按總數(shù)計(jì)排世界第一，按高質(zhì)量論文計(jì)（如自然指數(shù)或高被引論文）排世界第二。然而，其中大部分還屬于跟隨性質(zhì)，完全由中國(guó)原創(chuàng)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)還比較少。
最近，我看到一個(gè)中國(guó)原創(chuàng)的有趣例子：聚集誘導(dǎo)發(fā)光。這個(gè)現(xiàn)象的英文是aggregation-induced emission，簡(jiǎn)稱AIE，2001年由香港科技大學(xué)化學(xué)系唐本忠教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他因此于2009年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士。
聚集誘導(dǎo)發(fā)光
2016年，《Nature》將AIE點(diǎn)即聚集誘導(dǎo)發(fā)光納米粒子列為支撐和驅(qū)動(dòng)“未來納米光革命”的四大納米材料之一，這也是唯一一種由中國(guó)科學(xué)家原創(chuàng)的新材料。今年是AIE概念提出20周年，中國(guó)的頂級(jí)綜合性科學(xué)期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）就此采訪了唐本忠院士（《中科院院士：幾乎沒有任何研究課題會(huì)完全按照預(yù)期發(fā)展；如果有，這種研究不會(huì)有任何突破、不會(huì)給人帶來任何驚喜》）。
唐本忠院士
這個(gè)發(fā)現(xiàn)來自于一個(gè)意外。當(dāng)時(shí)，新型發(fā)光材料和有機(jī)發(fā)光二極管是熱門話題，他們也在嘗試合成有機(jī)發(fā)光材料。有一種分子叫做噻咯，具有美麗的分子結(jié)構(gòu)，看起來很有發(fā)光的潛質(zhì)，于是唐本忠讓學(xué)生合成了各式各樣的噻咯衍生物。
有一天，一個(gè)學(xué)生說，他制備的噻咯溶液在紫外燈照射下不發(fā)光。這讓唐老師非常驚訝，因?yàn)樗宄赜浀米约涸谧x博士期間制備的六苯基噻咯晶體是發(fā)光的。他馬上跑到實(shí)驗(yàn)室與學(xué)生討論，在仔細(xì)求證和反復(fù)討論之后，最后確認(rèn)兩人都是對(duì)的：噻咯的溶液不發(fā)光，但噻咯的固體發(fā)光。原本在稀溶液中不發(fā)光的單個(gè)分子，在聚集成固體后發(fā)光，因此他們把這種現(xiàn)象命名為聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）。
聚集誘導(dǎo)發(fā)光之所以反直覺，是因?yàn)橐郧叭藗兘?jīng)常觀察到相反的現(xiàn)象，即本來發(fā)光的分子聚集后不發(fā)光，這叫做聚集導(dǎo)致淬滅（aggregation-caused quenching, ACQ）。打個(gè)比方，以前常見的是三個(gè)和尚沒水吃，現(xiàn)在忽然發(fā)現(xiàn)有個(gè)廟里是一個(gè)和尚沒水吃，三個(gè)和尚有水吃，這是怎么回事？
經(jīng)過大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究，他們找到了AIE的基本原理。噻咯的分子結(jié)構(gòu)高度扭曲，而且其中心環(huán)上有諸多可轉(zhuǎn)動(dòng)的取代基團(tuán)。在激發(fā)態(tài)，這些結(jié)構(gòu)單元的分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)將光能轉(zhuǎn)換成了熱能，因此不發(fā)光。而在形成聚集體時(shí)，噻咯的結(jié)構(gòu)剛硬化，這些分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)被抑制，由此導(dǎo)致激發(fā)的能量只能通過輻射躍遷的方式釋放出去，即發(fā)光。他們把這種機(jī)制命名為分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)受限（restriction of intramolecular motion，簡(jiǎn)稱RIM）。
而相反的ACQ現(xiàn)象是怎么來的？那是因?yàn)閱蝹€(gè)分子的平面共軛結(jié)構(gòu)可以發(fā)光，但在聚集時(shí)其他分子通過氫鍵、疏水效應(yīng)、靜電吸引等對(duì)單分子的結(jié)構(gòu)造成干擾，使得發(fā)光減弱甚至消失。
他們最初以為AIE只是噻咯體系的獨(dú)特現(xiàn)象，但后來知道不是這樣，它是存在于眾多發(fā)光體系的一個(gè)普遍現(xiàn)象。在全世界科學(xué)家的共同努力下，目前已有數(shù)千種熒光和磷光AIE體系被開發(fā)出來，其中有些體系的熒光量子產(chǎn)率高達(dá)100%。它們的發(fā)光顏色覆蓋整個(gè)可見光范圍，并延伸至近紅外波段。AIE體系多種多樣：從有機(jī)物到無機(jī)物，從小分子到大分子，從共軛納米粒子到非共軛超分子團(tuán)簇，從有機(jī)金屬配合物到金屬有機(jī)框架，從單晶到混晶到無定形多組分混合物…… 無論是哪一類型，都有一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特征：它們?cè)趩畏肿討B(tài)靈活易動(dòng)，而在聚集態(tài)運(yùn)動(dòng)困難。
AIE在眾多高科技領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，例如生物成像、醫(yī)學(xué)診療、化學(xué)傳感、環(huán)保監(jiān)控、光電器件、智能刺激響應(yīng)等等。因?yàn)槟阆胂?，是單分子發(fā)光更有用，還是聚集體發(fā)光更有用？當(dāng)然是后者，因?yàn)閷?shí)用的材料都是聚集體。在谷歌學(xué)術(shù)用aggregation-induced emission關(guān)鍵詞搜索，可以看到2020年發(fā)表的相關(guān)論文多達(dá)6170篇。這是一個(gè)蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域，而且是少有的完全由中國(guó)學(xué)者開創(chuàng)的蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域之一。
有一句名言是：太陽(yáng)底下無新事。唐本忠等人最初以為AIE是一種沒有先例的全新現(xiàn)象，但經(jīng)過深入的文獻(xiàn)調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)其他科學(xué)家也曾報(bào)道過類似現(xiàn)象。例如，喬治·斯托克斯（George Stokes）在1853年的一篇文章中寫道，一些無機(jī)氰化鉑鹽在固態(tài)時(shí)“敏感”（翻譯成現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)即“發(fā)光”），但它們的溶液看起來與水無異（即不發(fā)光）。遺憾的是，他沒有對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行深入研究。其他科學(xué)家也應(yīng)該在不同染料體系中發(fā)現(xiàn)過類似現(xiàn)象，但沒引起人們的重視。
喬治·斯托克斯（George Stokes）
找到這些文獻(xiàn)很不容易，事實(shí)上，他們直到2018年才好不容易從文獻(xiàn)堆里刨出斯托克斯1853年的文章。不過，他們對(duì)這些早期工作并不驚訝，因?yàn)樗麄兠靼卓茖W(xué)的進(jìn)步是一個(gè)連續(xù)的過程，而不是前無古人的一蹴而就。發(fā)現(xiàn)往往是偶然的，AIE是他們“重新發(fā)現(xiàn)”的一個(gè)古老但未被重視的自然現(xiàn)象。幸運(yùn)的是，他們抓住了機(jī)會(huì)，站在巨人肩膀上看到了更高更遠(yuǎn)的地方。
唐老師倡導(dǎo)的一個(gè)哲學(xué)理念非常富有喜劇色彩：“團(tuán)結(jié)就是力量，聚集才能發(fā)光！”他力爭(zhēng)與合作者實(shí)現(xiàn)雙贏，在發(fā)展自己事業(yè)的同時(shí)幫助他人發(fā)展，特別是支持年輕人成長(zhǎng)。
最后，唐老師有一個(gè)感悟值得所有人深思，尤其是值得科研管理者深思：幾乎沒有任何研究課題會(huì)完全按照預(yù)期發(fā)展；如果有，這種研究不會(huì)有任何突破、不會(huì)給人帶來任何驚喜，因?yàn)槟阕谵k公室就能想到什么事會(huì)發(fā)生、你的學(xué)生會(huì)拿到什么結(jié)果?？茖W(xué)研究的真正樂趣在于它的不可預(yù)期性：一個(gè)很小的、意想不到的細(xì)節(jié)有可能徹底改變你的研究軌跡。
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