##对话唐本忠院士：畅谈科学哲学，纵论教育理念

本文来自微信公众号：X-MOLNews
香港科技大学和华南理工大学唐本忠院士（以下简称“唐”）是享誉世界的材料科学家。 2001年，他开创性地提出了“聚集诱导发光（aggregation-induced emission, AIE）”的科学概念，在发光领域开拓了一条新路。 2019年12月，《美国化学会材料快报》（ACS Materials Letters ）执行主编、新加坡国立大学刘斌教授（以下简称“刘”）在第18届亚洲化学大会期间专访了唐本忠院士，与他讨论了AIE研究的过去、现在和将来，并与他交流了从事科学研究的哲学感悟和教人育才的心得体会。

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刘：20年前您提出了AIE概念。请问是什么契机促使您开始AIE研究的？
唐：在发光研究领域一直存在着一个令人困惑的难题，那就是分子聚集抑制分子的发光。这种被称为聚集导致发光猝灭（aggregation-caused quenching, ACQ）的光物理现象非常普遍。经过一个多世纪的研究， ACQ效应已发展成为发光研究领域的主流认识。 2001年，我们观察到一种与ACQ截然相反的现象：在稀溶液中，分散的单个自由噻咯分子在光激发下不发光，然而它们在薄层色谱板上的聚集体却高效发光。这种奇特现象引起了我们的注意、激发了我们的研究兴趣。由于这种发光是由聚集体形成而引起的，因此我们将这一过程命名为“聚集诱导发光”或AIE ，并将具有AIE特性的发光物质称为AIE基元。我们踏上AIE探索之旅纯属偶然，起因于本世纪初我们与一个反ACQ现象的美丽邂逅。

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传统的ACQ现象与“反常”的AIE现象：（左）苝（perylene）分子聚集后发光完全猝灭（ACQ）；（右）六苯基噻咯（HPS）分子聚集后发光大幅增强（AIE）。图片来源：Chem. Rev.,2015, 115, 11718–11940.
刘：能否为我们简单介绍一下您的AIE研究历程？
唐：在提出AIE概念之后，我们努力将AIE从一个看似偶然的自然现象发展成一门丰富严谨的科学体系。我们的策略包括：（一）开发更多的AIE材料系列，（二）理解AIE过程的工作机理，（三）探索AIE材料的技术应用。这三部曲有效地推动了我们AIE研究的迅速发展。通过第一个策略，我们在实验室开发了数百种新型AIE基元，证明了AIE效应的普遍性。通过第二个策略，我们从机理上理解了AIE过程，即分子内运动受限（restriction of intramolecular motion, RIM），为新AIE基元的结构设计提供了指导原则。第三个策略也卓有成效：根据RIM机理，我们科学合理地设计和发展了一系列新型AIE基元并开发了它们作为功能材料在光电器件、化学传感和生物成像等领域的技术应用。 AIE效应的基础科学价值和技术应用前景吸引了很多科学家对其进行广泛深入的研究， AIE研究现已发展成为一个新兴热门领域。我们的AIE探索之旅充满了欢乐与惊喜，尽管我们也碰到过困难，遭遇过挑战。

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美丽的AIE乐园：庞大的AIE家族、巧妙的RIM机理、广阔的应用前景。图片来源：Chem. Rev.,2015, 115, 11718–11940.
刘：您是怎样应对挑战、克服困难的？
唐：起初，我们觉得非常幸运，能够发现一个不同寻常的反ACQ现象；但很快我们就感到困惑和沮丧，因为我们对AIE过程的工作原理一头雾水。在我们提出AIE概念之前，人们已用噻咯做发光材料制备高效有机发光二极管。当时发光领域的主流认知是ACQ ，因此很难理解为什么噻咯固体发光而其溶液却不发光。我们进行了大量的文献资料调研，但一无所获。万般无奈，只好决定自己去探究这其中的奥秘。通过反复实验和激烈讨论，我们最终提出了如下机理模型：单个自由噻咯分子通过分子内转子和振子在激发态的运动耗散其激子的能量，因此它在稀溶液中不发光；然而在固态时，分子内运动受限（即RIM机制启动）阻碍了激子的非辐射驰豫过程，噻咯聚集体因而高效发光。这个RIM机理的建立对于AIE研究的发展具有里程碑式的意义。理解了AIE现象的机理之后，研究就变得容易多了，因为我们可以在RIM机理的指导下进行AIE材料的合理设计和应用开发。