Run Li, Pan Liu, Xinyao Mao, Jia Zhang, Ya Zou, Yuxin Xue, Helan Zhang, Ruijuan Wen, Liping Ding, Haonan Peng*, and Yu Fang. J. Phys. Chem. C 2026, 130 (32), 11321-11330. DOI: 10.1021/acs.jpcc.6c04279
*该论文被收录于“庆祝房喻教授七秩华诞论文集”。
该研究成果入选《The Journal of Physical Chemistry C》内封面展示。
苯胺是一种重要的挥发性芳香胺，广泛应用于染料、医药和精细化工等领域。然而，苯胺具有一定毒性，并可能带来职业与环境暴露风险，因此，开发快速、便携、可视化的苯胺蒸气检测方法具有重要意义。荧光薄膜传感器具有响应快、光学信号直观和易于集成等优势，在挥发性有机物（VOCs）的快速检测与现场监测方面展现出良好的应用前景。
光诱导电子转移（photoinduced electron transfer，PET）是荧光传感体系中常见的响应机制。传统PET型荧光传感材料的分子设计通常侧重于调控荧光团与分析物之间的能级匹配，以促进电子转移。然而，对于固态荧光薄膜，传感性能不仅取决于能级匹配，还受到分子聚集行为、薄膜微观结构以及分析物向发光位点扩散和接近能力的显著影响。因此，仅优化能级关系往往难以兼顾高效固态发光与快速PET响应。如何在保持优异聚集诱导发光（aggregation-induced emission，AIE）性能的同时，构建分析物易于接近的PET猝灭通道，是开发高性能固态荧光传感材料面临的重要挑战。
针对这一问题，研究团队设计并合成了含邻碳硼烷（o-carborane）的芘基AIE发光体2CB-Py-2Ph。该分子以共轭芘骨架为高效发光核心，并通过三维邻碳硼烷单元调控分子构型、激发态电子性质及固态聚集行为，从而抑制平面π共轭体系中常见的过度堆积，实现固态发光与传感性能的协同调节。研究结果显示，2CB-Py-2Ph本征固体粉末的荧光量子产率高达98.7%，表明其具有优异的固态发光能力。
研究团队进一步通过改变成膜浓度调控薄膜表面微观结构，并系统考察薄膜形貌对发光和传感性能的影响。结果表明，致密薄膜虽具有更高的荧光量子产率，但相对疏松的薄膜可提供更通畅、可接近性更高的分析物扩散通道，促进苯胺分子与发光位点相互作用，从而增强PET介导的猝灭响应。优化后的薄膜可在900 ppt至900 ppm的浓度范围内检测苯胺蒸气，荧光在5 s内发生猝灭；去除苯胺蒸气后，薄膜可在35 s内恢复至初始荧光强度的90%，并表现出良好的循环稳定性。荧光寿命测试、密度泛函理论（DFT）计算和飞秒瞬态吸收（fs-TA）光谱共同支持动态猝灭的贡献，并与PET介导的响应路径相一致。
该研究提出了“分子结构调控—聚集形貌调节—分析物可接近性与PET响应协同优化”的设计思路，揭示了薄膜聚集形貌在平衡固态发光效率与PET猝灭性能中的关键作用，为构筑兼具高亮度、宽检测范围、快速响应和良好可逆性的荧光蒸气传感薄膜提供了新的策略。
图1. 2CB-Py-2Ph的分子设计、聚集诱导发光行为与薄膜形貌调控。
图2. 2CB-Py-2Ph薄膜对苯胺蒸气的响应及其PET介导的荧光猝灭机制。
第一作者：陕西师范大学硕士研究生李润
通讯作者：陕西师范大学彭浩南教授
全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6c04279
