南京林业大学蔡旭敏副教授和大连化物所张涛院士、张波副研究员，天津大学黄跟平教授合作，将木质素模型化合物定向催化转化为生物基聚集诱导发光（BioAIE）分子。相关成果以“Towards bioresource-based aggregation-induced emission luminogens from lignin β-O-4 motifs as renewable resources”为题发表在《Nature Communications》上。

  蔡旭敏副教授课题组致力于将石油基AIE材料的可设计、可调控优势和生物质AIE材料的结构多样、可再生优势强强结合，最终实现二者优势最大化的生物质定向转化BioAIE材料的研究。基于此目的，前期研究成功将松香定向转化为松香基聚集诱导发光（BioAIE）材料，可极大提升松香的附加值（Nature Communications, 2021, 12, 1773；Chemical Engineering Journal, 2023, 451, 138627）。然而，松香作为松树的天然分泌物，含量大大低于其主体结构木质素。木质素是世界上含量最丰富的芳香族生物质资源，天然可再生。但木质素通常只被当作固体燃料，造成资源浪费，因此木质素的高值化利用对社会可持续发展具有重要意义。目前，木质素的高值化利用途径包括定向催化转化为平台化合物、燃料分子和药物分子等精细化学品，但对木质素基发光材料的研究报道较少。AIE材料作为一种特殊的发光材料，因其独特的发光性质被广泛应用于光电器件和光学诊疗等高附加值领域。因含有大量的芳香基团，木质素具有制备BioAIE材料的天然优势。然而木质素结构十分复杂，其定向催化转化为具有螺旋桨结构的AIE材料是一个亟待解决的关键技术问题。

  木质素β-O-4带γ-OH官能团是木质素的主要链接单元，因其具有较高的键能（图1a），选择断裂β-O-4带γ-OH模型化合物的C-O键带来挑战。现阶段，N参与解聚木质素是制备含N芳香化合物的主要策略，已报道的方法主要通过两步或多步法解聚木质模型化合物制备含N芳香化合物（图1b），但这些方法需要对木质素进行预处理，并且需要外加氢或氧源参与。近年来，一锅催化转化木质素制备含N芳香化合物避免预处理过程更具挑战，但面对以上模型化合物的转化，含N芳香化合物的收率较低（<40%）(图1c)，为了提高收率和抑制竞争反应，该团队利用希夫碱钒基催化剂实现高选择性地断裂木质素β-O-4带γ-OH模型化合物C-O键制备咔唑的新路线，收率高达92%（图1d）。

  作者设计并研究了咔唑衍生物的结构及光学性质。在这些衍生物的化学结构中，咔唑为电子供体，两个苯甲酰基团作为电子受体位于咔唑的间位位置，构成三角形A₁-D-A₂构型（图2a）。通过光谱测试发现，以3d，3h和3q为例，三者的AIE曲线具有相似的趋势（图2b-d），向其纯溶液（四氢呋喃）中加入水，低水含量时由于溶剂极性的增加，荧光强度减弱同时伴随着波长红移，这是由TICT引起的。而高水含量时，分子发生聚集，分子内运动受限，荧光强度升高同时波长发生蓝移，表现了其AIE性能，因而三者均具有TICT-AIE性能。DFT计算（图2e）进一步证明了取代基的改变会影响HOMO和LUMO的电子云分布，进而导致不同的能级差，从而表现出不同的发光颜色。这些结果表明，可以通过改变A₁-D-A₂骨架上的取代基调节电子云分布来实现调节这些木质素基BioAIEgens的光物理性质的目的。

图2. 木质素基BioAIE化合物光学性能研究

  文章作者:Tenglong Guo, Yuting Lin, Deng Pan, Xuedan Zhang, Wenqing Zhu, Xu-Min Cai*, Genping Huang*, Hua Wang, Dezhu Xu, Fritz E. Kühn, Bo Zhang*, and Tao Zhang*

  文章题目：Towards bioresource-based aggregation-induced emission luminogens from lignin β-O-4 motifs as renewable resources

  文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41681-0

通讯作者简介

张涛院士，2007年2月至2017年2月任中科院大连化学物理研究所所长，2013年当选中国科学院院士，2016年12月起任中国科学院副院长、党组成员。长期从事化学化工领域的研究，近期主要致力于无毒推进剂催化分解技术、生物质催化转化、单原子催化和纳米催化等方面的研究。在基础研究方面，张涛团队2008年在国际上首次发现纤维素一步法催化转化制乙二醇的新反应，开辟了生物质转化新路线；2011年提出了“单原子催化”新概念，现已成为学术界研究前沿。在应用研究方面，负责研制的新型催化剂广泛应用于我国石油化工等领域。曾三次以第一完成人获国家技术发明二等奖；曾获中国科学院“参加突出贡献者”称号，是“首批新世纪百千万人才工程国家级人选”；2003年获国家自然科学杰出青年基金；2008年获中国催化青年奖；2009年获全国“五一劳动奖章”、周光召基金会“应用科学奖”和中国科学院杰出科技成就奖；2016年获何梁何利科技进步化学奖；2018年获首届“中国科学材料·创新奖，同年当选为发展中国家院士；2020年当选加拿大工程院院士。

蔡旭敏，南京林业大学副教授，江苏省“双创博士”，分别于南京大学和慕尼黑工业大学获配位化学硕士和博士学位，在南京林业大学国家“双一流”建设专业——“林产化工”工作。与“聚集诱导发光”创始人唐本忠院士长期合作，主要从事生物质定向转化高附加值BioAIE材料的跨学科研究。近3年代表性SCI论文有Nature Communications, 2023, 14, 6076; National Science Review, 2023, nwad233; Nature Communications, 2021, 12, 1773; Aggregate, 2023, e428等。任《生物质化学工程》青年编委。课题组链接：https://www.x-mol.com/groups/cai_xumin

张波，中科院大连化学物理研究所副研究员，硕士生导师，2013年获得德国慕尼黑工业大学博士学位后加入到中国科学院大连化学物理研究所张涛院士团队从事木质素催化转化研究工作，针对木质素复杂结构中C-O、C-C键活化的关键问题，发展了系列Re基催化剂实现木质素高效转化为芳香化合物和多环烷烃方法；建立了路径调控与结构重组新方法，实现木质素官能化降解制备含氮芳香化学品。在Angew. Chem. Int. Ed., Nature Commun., Energy Environ. Sci., ACS Catal., Green Chem., ChemSusChem等国际著名杂志上发表36篇SCI学术论文，已授权专利19件。主持国家自然科学基金面上项目，青年科学基金项目，大连市高层次人才创新支持计划，留学回国人员科研启动基金等项目。2019年荣获“大连市青年科技之星”称号并被认定为“大连市高层次人才青年才俊”。

黄跟平，天津大学理学院教授，博士生导师。2006年本科毕业于合肥工业大学，2011年从中国科学院青海盐湖研究所获博士学位，2011年至2014年在瑞典斯德哥尔摩大学Fahmi Himo教授课题组从事博士后研究，2014年底入职天津大学理学院化学系，并入选天津市第十一批"千人计划"（青年项目）。主要研究方向为金属有机化学反应的机理研究，目前在Angew. Chem. Int. Ed.、 J. Am. Chem. Soc.和Nat. Commun. 等期刊发表论文70余篇。课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/gphuang