薄膜荧光传感器（Film-based Fluorescent Sensors, FFSs）的性能主要取决于敏感薄膜的性能。围绕高性能荧光敏感薄膜创制，近年来房喻院士团队经由传感单元创新、薄膜控制制备，以及薄膜活性层（adlayer）结构调控等多种途径，发展了一系列富含“分子通道”的高性能荧光敏感薄膜材料，实现了对众多有毒有害化学品、应力、应变的灵敏、可逆、快速、原位探测(作为例子，参见：Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202207619; J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 5358; Aggregate 2022, e203; CCS Chem. 2021, 3, 1921; Sci. China Chem. 2021, 64, 2193; Anal. Chem. 2021, 93, 16051; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 8579; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 15950; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 1757; Adv. Funct. Mater. 2019, 1905295; Nat. Commun. 2018, 9, 1695-1706; Chem. Sci. 2018, 9, 1892)。

薄膜荧光传感受到青睐的原因主要在于其激发态过程对微环境变化的敏感性。因此，要丰富薄膜荧光传感体系，优化传感性能，就必须深入研究分子发光机制，建立新的传感单元设计策略。基于反Kasha分子体系和单体/二（多）聚体体系构建的激发波长依赖固态多色发光是新近出现的一类新型功能分子材料，这类发光材料的出现为基于单一组分的虚拟薄膜荧光传感阵列构建，为薄膜荧光传感器微型化提供了可能。

近日，williamhill威廉希尔官网房喻院士团队与新加坡科技设计大学刘晓刚教授合作，提出了以具有类球体结构特征的邻碳硼烷为吸电子片段构建D-π-A分子体系，利用结构中的两个旋转角（α与β）的改变赋予分子构象多样性，从而获得具有激发波长依赖特性的多色发光材料的普适性设计策略。

在该类分子中，引入兼具类球体结构和拉电子特性的邻碳硼烷不仅可调控分子吸收/发射能隙，还能确保分子在结晶后仍保持一定的旋转自由度，因此为晶态时分子构象的多样性奠定了基础，也为单组分构象依赖多色发光分子体系的构建提供了依据。基于上述考虑，作者通过系统的理论计算，证实了目标分子CbCz在基态时就具有丰富的构象多样性；激发态势能面扫描结果显示CbCz存在Zone A （LE），Zone B（CT1）和Zone C（CT2）三个发光态。

在理论研究的基础上，作者合成了CbCz，并得到了六种CbCz晶体。结构解析表明不同晶体中，CbCz以不同构象存在，且差异显著（α：14.91° ~ 82.26°；β：51.17° ~ 76.84°）。根据β的不同，作者将上述构象分为Tilted与Twisted结构。在所得到的六种CbCz晶体中，四种呈现出明显的激发波长依赖发光特性：随激发波长的变化，晶体荧光由蓝绿色/绿色逐渐变化至橘红色，波长变化长达230 nm。相关结果可由一个局域激发态（LE）和两个差异较大的分子内电荷转移激发态（CT1与CT2）的共存而完美阐释。

具体来讲，CbCz的S1态可经由Path Ⅰ和Path Ⅱ两种不同路径分别弛豫至LE，CT1和CT2（LE ↔ CT1；LE ↔ CT2）。由于α旋转自由度更大，邻碳硼烷的转动导致Tilted构象分子在Zone A与Zone B之间存在平衡 (Path I)；而Twisted构象分子则更易实现Zone A 与 Zone C之间的平衡 (Path II)。变温荧光光谱证实了这一推测。这种不同构象的共存和转变使得CbCz呈现出突出的激发波长依赖多色发光性质。

研究者们也证明了该策略具有普适性。把供体片段用其他发色团替代后，可进一步丰富材料的发光颜色，并保持其激发波长依赖的多色发光特性。

该成果发表于《德国应用化学》期刊（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, DOI：10.1002/anie.202211106），论文第一作者为williamhill威廉希尔官网博士研究生黄蓉蓉。williamhill威廉希尔官网房喻院士、新加坡科技设计大学刘晓刚教授与williamhill威廉希尔官网彭浩南教授为共同通讯作者。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202211106