发光材料被广泛应用于光电器件、化学传感及生物成像等前沿领域。传统的发光材料通常在聚集后发生发光淬灭（ACQ）的现象。相反，聚集诱导发射（AIE）材料则表现为聚集后产生明亮发射，然而其在分散状态下发光较弱。上述看似矛盾的发光现象促使科学家们开发在分散状态及聚集状态都具有明亮发射的新型发光材料。超小发光金纳米团簇（d < 3 nm）具有从可见光到近红外二区（500-1700 nm）可调的发射及原子级精确的Au(0)核/Au(I)-配体壳结构，其中表面配体不仅保护Au(0)核以决定其固有的光致发光性能，而且可以通过非共价相互作用影响其物理化学性质，因此金纳米团簇是一类可同时调控其分散及聚集状态发光现象的理想材料。
近日，华南理工大学刘锦斌教授课题组联合中国科学技术大学周蒙教授课题组使用Au25(pMBA)18（pMBA = 4-巯基苯甲酸）作为原子级精确的发光纳米材料模型，通过在分子水平上精确地控制簇内及簇间非共价相互作用，实现了金纳米团簇在分散及聚集状态下可控的近红外二区发射，显示出与传统ACQ或AIE发光材料不同的独特行为。上述发现不仅有助于深入理解金纳米团簇的发光机理，也可促进金纳米团簇在水溶液中（包括分散态及聚集态）、固体及有机相中的应用研究。
该工作发现Au25(pMBA)18的发光强度随pH的降低而呈现出先增强后降低的特殊响应规律，并进一步揭示了上述现象的产生原因为簇内及簇间相互作用之间对Au25(pMBA)18发光影响的显著差异，即簇内相互作用使得Au25(pMBA)18激发态寿命延长，并抑制其非辐射跃迁，从而实现发光增强；而簇间相互作用则使得Au25(pMBA)18激发态寿命显著缩短（缩短约1330倍），并促进其非辐射跃迁，使其发光淬灭。
基于上述规律的发现，该工作分别构建了通过外源性物质的引入以降低簇间相互作用，以及双配体表面设计策略以增强簇内相互作用的新方法，对Au25(pMBA)18在分散态及聚集态的发光性能进行可控调控，分别实现了在分散态发光4.7倍及聚集态发光43倍的增强。
最后上述两种调控策略也可以有效提高金纳米团簇在固体状态与有机相中的发光性能，其中固态状态的发光可实现高达588倍的增强。
论文信息
Noncovalent Interaction Guided Precise PhotoluminescenceRegulation of Gold Nanoclusters in Both Isolate Species andAggregate States
Xiaoxi Luo,+ Jie Kong,+ Hang Xiao, Dongmiao Sang, Kui He, Meng Zhou, and Jinbin Liu*
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202404129
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