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  純有機光熱納米纖維，因其具有出色的太陽光吸收并將其轉換成熱的特性，在太陽驅動水蒸發、智能服裝、熱管理和癌癥治療等應用中具有廣泛用途。然而,有機分子光熱機理與纖維性質的不相容限制了其光熱轉換效率的提高。這是由于分子運動在纖維中不可避免地受到空間位阻的限制，從而降低了光熱產出。因此，如何通過改善纖維中的分子運動來提高纖維的光熱效率是一項重要而又具有挑戰性的任務。

  近日，唐本忠院士團隊深圳大學AIE研究中心在Angew. Chem. Int. Ed.上發表了題為“Reverse Thinking of Aggregation‐Induced Emission Principle: Amplifying Molecular Motions to Boost Photothermal Efficiency of Nanofibers”（DOI: 10.1002/ange.202008292）的研究論文。報道了一種巧妙且又通用的策略：逆向思考聚集誘導發光（AIE）概念，通過同軸紡絲策略，制備以溶解AIE分子的油溶液為芯相、聚合物為殼層的芯-殼結構纖維。芯-殼結構中的油相與AIE分子的結合最大限度地凸顯了AIE分子在單分子狀態可以通過非輻射躍遷途徑消散激發態能量的特點。結果表明，這種方法制備的新型芯-殼結構顯著提高了纖維光熱效率。

圖1. 同軸靜電紡絲制備芯-殼結構纖維示意圖

  實際操作中，先將有機光熱AIE分子（BPBBT）溶解于油溶液（橄欖油）中，然后以聚合物(PVDF-HFP）為殼層將油溶液包裹，通過同軸靜電紡絲設備制備芯層為油溶液的芯-殼結構纖維。通過這種方案， AIE分子可以在纖維內部自由旋轉/或振動，從而使非輻射衰變途徑支配激發態能量耗散，使得產生的熱量非常強大。而傳統的直接摻雜方法制備的纖維，則因BPBBT分子在纖維中的分子運動被聚合物鏈顯著抑制，導致非輻射衰減增強，表現出的量子產率大大高于芯-殼結構纖維。

圖2. 芯-殼結構纖維與傳統纖維性質對比表征

  在一個太陽照射5 min后，芯-殼結構纖維的溫度可以達到56.1 ℃，而直接摻雜的纖維的溫度僅為40 ℃。他們的光熱轉換效率分別為22.36%和0.86%。26倍的提高充分說明了芯-殼結構是提高纖維光熱性能有效策略。隨后，通過調控纖維直徑，纖維芯層直徑以及殼層厚度，研究了不同參數對光熱特性的影響。并且通過循環照射、長時間放置、以及洗滌等方式，評估了芯-殼結構纖維的耐久性。選擇不同類型的AIE分子（TFM和TTTMN）來檢驗這種芯-殼結構策略的通用性。結果表明，利用同軸靜電紡絲技術制備芯-殼結構是提高纖維光熱效率的一種巧妙而又普遍方法。

圖3.芯-殼結構纖維的結構、光熱性能表征

  這種具有良好光熱效果的芯-殼結構纖維同時也具有傳統纖維的優點：可裁剪性、貼合及透氣。因此，在光熱貼片、光熱服裝以及表面組織藥物控釋等領域均有潛在使用價值。此外，利用其光熱特性和纖維較大的比表面積，制成三維結構后，在太陽光驅動水蒸發領域發揮了獨特的應用價值，在一個太陽下，其蒸發速率可以達到1.52 kg/m²/h。通過逆向思考，解放分子運動，這項研究所提出的巧妙且通用策略可以顯著提高AIE分子在纖維中的光熱轉換效率，并為下一代綠色、零碳排放的光熱轉換材料走向實際應用提供了基礎。

圖4. 芯-殼結構纖維在光熱貼片及太陽光驅動水蒸發領域的應用表征

  該論文的第一作者是深圳大學AIE研究中心李昊軒博士，深圳大學的溫海飛為共同第一作者，香港科技大學唐本忠院士和深圳大學AIE研究中心王東副教授為論文共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市自然科學基金、深圳大學自然科學基金及中國博士后基金等經費支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/ange.202008292