近期，内蒙古大学王建国团队，联合香港中文大学（深圳）唐本忠院士、深圳北理莫斯科大学王昊然副教授团队利用有机共晶的非共价相互作用灵活可调的特点，实现了对分子激发态圆锥形交叉点（Conical Intersections, CIs）的调控，显著促进了非辐射跃迁过程，并成功构筑了高效有机光热材料。该研究不仅揭示了共晶材料光热性能的微观机制，也为利用非共价相互作用调控激发态动力学提供了新的设计思路。

  2026年7月23日，该工作以“Manipulating Conical Intersections via a Noncovalent Strategy for Enhanced Photothermal Conversion”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2026; e9215288）。文章第一作者是内蒙古大学博士生韩明阳，深圳北理莫斯科大学王昊然教授和香港中文大学（深圳）李琦瑶博士。深圳北理莫斯科大学龚隽一副教授在理论计算方面给与了大量支持。华南理工大学广东省分子聚集发光重点实验室给与了经费支持。

  光热材料能够将光能高效转化为热能，其核心在于激发态能量通过非辐射弛豫过程快速耗散。近年来，人们逐渐认识到，在分子的激发态势能面上，圆锥形交叉点（Conical Intersections，CIs）是连接激发态与基态最有效的超快弛豫通道。激发态分子一旦能够快速到达CI，电子能量便可在超快时间尺度内转化为分子振动能，并最终以热能的形式释放。因此，如何调控CI已成为提升光热转换效率的重要科学问题。目前，大多数CI调控策略主要依赖复杂的共价分子设计策略（示意图1），通常需要多步有机合成、结构优化以及反复的分子修饰，不仅设计周期长，也限制了材料体系的进一步拓展。因此，能否利用更加简单、灵活的非共价作用实现CI的精准调控，成为当前亟待解决的关键问题。

示意图1：传统共价修饰策略与本工作提出的非共价调控圆锥形交叉点（CI）策略示意图。

  分子设计策略：吩噁嗪（PXZ）和吩噻嗪（PTZ）作为典型的富电子给体单元，其分子中的杂原子可与受体分子通过氢键诱导形成共晶；1,2,4,5-四氰基苯（TCNB）作为缺电子受体，其氰基既可作为氢键受体，又能够与给体分子形成较强的电荷转移（CT）相互作用。基于上述非共价相互作用，PXZ和PTZ分别与TCNB构筑了PXZ-TCNB和PTZ-TCNB共晶。受益于分子间电荷转移作用，共晶表现出近红外吸收特性；同时，丰富的非共价相互作用与优异的近红外吸收共同赋予材料良好的光热转换潜力。

  他们通过溶剂辅助研磨法成功制备了PXZ-TCNB和PTZ-TCNB共晶。所得共晶均呈现典型的供体-受体（D-A）交错堆积模式，同时晶体层间存在丰富的非共价相互作用，从而赋予材料良好的结构稳定性。

图1：（a）PXZ、TCNB和PXZ-TCNB共晶（b）PTZ、TCNB和PTZ-TCNB共晶的分子结构式和实物照片。（c）PXZ-TCNB共（d）PTZ-TCNB单晶结构中的非共价相互作用。

  基于电子顺磁共振（ESR）及光谱表征结果，证实了共晶的近红外吸收与发射均来源于分子间电荷转移过程。进一步结合共晶较弱的荧光发射特性，表明激发态能量主要通过非辐射途径耗散。光热性能测试结果表明，相较于单体化合物，共晶表现出更加优异的光热转换性能和良好的光热稳定性。

图2：单体及共晶固态吸收光谱（a）、ESR光谱（b）和荧光光谱（c）；TCNB（d）、PXZ（e）、PTZ（f）、PXZ-TCNB（g）和PTZ-TCNB（h）在不同激光功率下的光热升温曲线；（i）PXZ-TCNB和PTZ-TCNB粉末（10 mg）在660 nm激光（0.5 W cm?2）照射下经历15次加热-冷却循环后的光热稳定性

  通过对单晶结构的分析，他们认为共晶优异的光热性能主要来源于其独特的分子堆积方式。采用鱼骨状紧密堆积的单体分子，由于分子运动受到明显限制，激发态结构弛豫受阻，因此光热性能较弱；相比之下，共晶呈现平行堆积模式，具有更大的运动自由度，更有利于激发态结构弛豫及非辐射能量耗散，从而表现出更优异的光热转换性能。

图3：PXZ（a）、TCNB（b）、PTZ（c）、PXZ-TCNB（d）和PTZ-TCNB（e）的晶体堆积结构；（f）单体与共晶堆积方式变化示意图。

  通过重组能分析发现，单体化合物均表现出较小的均方根位移（RMSD），而共晶具有更大的RMSD，表明共晶相较于单体更容易发生激发态结构弛豫。此外，飞秒瞬态吸收光谱进一步证实，PXZ-TCNB共晶存在两个明显的弛豫过程，分别对应于激发态结构弛豫以及CI附近发生的超快内转换过程。

图4：TCNB（a）、PXZ（b）、PTZ（c）、TCNB二聚体（d）、PXZ-二聚物（e）、PTZ-二聚体、PXZ-TCNB共晶（g）和PTZ-TCNB共晶（h）的总重组能。插图显示了二面角、键长和键角对总重组能的贡献。（i–k）PXZ-TCNB共晶的飞秒瞬态吸收光谱；（l）PXZ-TCNB在477 nm处的动力学拟合结果。

  进一步结合圆锥形交叉点结构优化及能量计算结果发现，与单体相比，共晶能够更容易到达CI，并通过CI实现激发态向基态的超快内转换，从而促进非辐射能量耗散，实现高效光热转换。

图5：TCNB（a）、PXZ（b）、PTZ（c）、PXZ-TCNB（d）和PTZ-TCNB（e）的圆锥形交叉点结构及能量分析。CI几何构型在ORCA 5.0中采用TD-DFT（PBE0/def2-SVP）水平进行优化，并利用NEB方法搜索最小能量交叉路径（MECP）；（f）非共价共晶策略调控CI促进光热转换的机理示意图。

  基于PXZ-TCNB优异的光热转换性能，他们将其应用于自制热电转换装置，实现了光热-电能转换。同时，将PXZ-TCNB掺杂于PVA薄膜中，实现了光刺激响应，在激光照射下薄膜能够发生弯曲形变。

图6：（a） 自制热电装置的原理示意图。（b）光照射下掺杂薄膜弯曲原理示意图。（c）自制热电装置在660nm激光照射下的工作状态，以及（d）激光去除后的工作状态。（e）不含PXZ-TCNB粉末的TEG装置在660 nm激光照射下的工作状态，以及（f）激光去除后的工作状态。（g）激光照射下热电装置的表面温度及小灯泡在不同时间点的状态。660 nm激光照射前（h）、中（i）和后（j）掺杂PXZ-TCNB的PVA薄膜状态的照片。（k）由掺杂PXZ TCNB的PVA薄膜制成的纸鹤。（l）在不同照射时间下纸鹤的状态照片。

  在这一工作中，作者巧妙利用有机共晶中非共价相互作用的灵活可调性，成功调控分子间运动，进而实现对圆柱形交叉点的精确控制，最终获得高效的光热转换性能。值得注意的是，与传统共价修饰策略相比，基于共晶的非共价策略仅需简单研磨，即可从市售给体与受体分子出发快速组装出高性能有机光热材料，完全规避了复杂的分子合成步骤。该策略简洁且模块化，不仅为光热材料提供了实用的制备路径，更重要的是，它为激发态弛豫途径的理性设计提供了通用策略，同时也为高荧光亮度发光材料的开发带来了一定启示。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.9215288

通讯作者简介

王昊然，于2012-2021年在吉林大学先后取得学士与博士学位，2018年-2021年赴香港科技大学唐本忠院士课题组进行博士联合培养，2021年继续在唐院士课题组开展博士后研究工作。2025年起任深圳北理莫斯科大学材料科学系副教授，微流控校企联合实验室副主任。入选广东省青年人才计划、深圳市高层次人才计划，2024 CAS Future Leaders Top 100。研究方向聚焦于聚集诱导发光（AIE）材料的开发、构效关系机理研究与应用，具体方向包括有机共晶材料、多肽基AIE材料与纳米材料的可规模化制备。以第一作者或通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem, Nat. Comm., and CCS Chem.,等期刊发表论文20余篇，总引用量超2000次；撰写两本科普书籍，长期致力于科学普及工作。

王建国，内蒙古大学化学化工学院副院长，教授，博士生导师。2014年毕业于中国科学院化学研究所，获理学博士学位（导师：张德清研究员）；2016-2018年香港科技大学博士后（合作导师：唐本忠院士）。入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者、内蒙古自治区突出贡献专家、内蒙古自治区杰出青年、内蒙古“英才兴蒙”四类人才、内蒙古自治区第十二批“草原英才”青年领军人才、内蒙古自治区第十批“草原英才”、内蒙古自治区科技创新领军人才团队、江西省科技创新杰出青年、赣州市科技创新杰出青年、内蒙古大学“骏马计划”、内蒙古大学青年科技人才培育计划等人才计划。主要从事有机光电功能材料研究，以第一作者或通讯作者在国际顶级刊物如Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等上发表研究论文90余篇，获授权发明专利45项，出版专著3部。主持国家自然科学基金面上、青年、地区等基金项目20余项。获内蒙古自治区自然科学奖二等奖、青年科学技术创新奖、内蒙古自治区五四青年奖章、宝钢优秀教师奖、内蒙古大学校长励学奖等奖项。现为内蒙古自治区化学学会副理事长、中国感光学会理事、中国感光学会光学传感与诊疗专业委员会主任委员、中国人体健康科技促进会临床微生物与感染精准检验专业委员会常务委员，《Aggregate》、《Journal of Measurement Science and Instrument》、《发光学报》、《集成技术》等期刊青年编委/编委。

唐本忠

香港科技大学

香港中文大学（深圳）

香港科技大学课题组网址：https://tangbz.hkust.edu.hk/index.html

唐本忠教授分别于1982年和1988年获华南理工大学学士学位和日本京都大学博士学位。1989年至1994年在加拿大多伦多大学从事博士后研究。1994年起任职于香港科技大学，2008年晋升为讲席教授。2009年，2020年和2026年，先后当选为中国科学院院士、发展中国家科学院院士和美国医学与生物工程院Fellow。2021年加入香港中文大学（深圳），担任理工学院院长、校长学勤讲座教授；自2026年起担任香港中文大学（深圳）副校长。唐本忠教授迄今已发表学术论文2700余篇，总引用超过250,000次，h指数达218（据2026年3月谷歌学术数据）。他在学术会议上作邀请报告500余场，拥有授权专利400余项。现任德国Wiley出版社学术期刊Aggregate（《聚集体》）主编，并担任20余本学术期刊的编辑或编委。唐本忠教授主要从事材料科学、高分子化学和生物医学诊疗等领域研究，在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission，AIE）这一化学与材料科学前沿方向取得了一系列原创性成果，是AIE概念的提出者和该领域研究的开拓者与引领者。