幾乎沒有任何研究課題會完全按照預期發展；如果有，這種研究不會有任何突破、不會給人帶來任何驚喜。
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本影片釋出於2022年1月7日，觀看量已達2萬
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眾所周知，現在中國科學家發表的論文已經非常多了。我多次講過，按總數計排世界第一，按高質量論文計（如自然指數或高被引論文）排世界第二。然而，其中大部分還屬於跟隨性質，完全由中國原創的科學發現還比較少。
最近，我看到一箇中國原創的有趣例子：聚集誘導發光。這個現象的英文是aggregation-induced emission，簡稱AIE，2001年由香港科技大學化學系唐本忠教授團隊發現，他因此於2009年當選中國科學院院士。
聚集誘導發光
2016年，《Nature》將AIE點即聚集誘導發光奈米粒子列為支撐和驅動“未來奈米光革命”的四大奈米材料之一，這也是唯一一種由中國科學家原創的新材料。今年是AIE概念提出20週年，中國的頂級綜合性科學期刊《國家科學評論》（National Science Review）就此採訪了唐本忠院士（《中科院院士：幾乎沒有任何研究課題會完全按照預期發展；如果有，這種研究不會有任何突破、不會給人帶來任何驚喜》）。
唐本忠院士
這個發現來自於一個意外。當時，新型發光材料和有機發光二極體是熱門話題，他們也在嘗試合成有機發光材料。有一種分子叫做噻咯，具有美麗的分子結構，看起來很有發光的潛質，於是唐本忠讓學生合成了各式各樣的噻咯衍生物。
有一天，一個學生說，他製備的噻咯溶液在紫外燈照射下不發光。這讓唐老師非常驚訝，因為他清楚地記得自己在讀博士期間製備的六苯基噻咯晶體是發光的。他馬上跑到實驗室與學生討論，在仔細求證和反覆討論之後，最後確認兩人都是對的：噻咯的溶液不發光，但噻咯的固體發光。原本在稀溶液中不發光的單個分子，在聚整合固體後發光，因此他們把這種現象命名為聚集誘導發光（AIE）。
聚集誘導發光之所以反直覺，是因為以前人們經常觀察到相反的現象，即本來發光的分子聚集後不發光，這叫做聚集導致淬滅（aggregation-caused quenching, ACQ）。打個比方，以前常見的是三個和尚沒水吃，現在忽然發現有個廟裡是一個和尚沒水吃，三個和尚有水吃，這是怎麼回事？
經過大量的理論與實驗研究，他們找到了AIE的基本原理。噻咯的分子結構高度扭曲，而且其中心環上有諸多可轉動的取代基團。在激發態，這些結構單元的分子內運動將光能轉換成了熱能，因此不發光。而在形成聚集體時，噻咯的結構剛硬化，這些分子內運動被抑制，由此導致激發的能量只能透過輻射躍遷的方式釋放出去，即發光。他們把這種機制命名為分子內運動受限（restriction of intramolecular motion，簡稱RIM）。
而相反的ACQ現象是怎麼來的？那是因為單個分子的平面共軛結構可以發光，但在聚集時其他分子透過氫鍵、疏水效應、靜電吸引等對單分子的結構造成干擾，使得發光減弱甚至消失。
他們最初以為AIE只是噻咯體系的獨特現象，但後來知道不是這樣，它是存在於眾多發光體系的一個普遍現象。在全世界科學家的共同努力下，目前已有數千種熒光和磷光AIE體系被開發出來，其中有些體系的熒光量子產率高達100%。它們的發光顏色覆蓋整個可見光範圍，並延伸至近紅外波段。AIE體系多種多樣：從有機物到無機物，從小分子到大分子，從共軛奈米粒子到非共軛超分子團簇，從有機金屬配合物到金屬有機框架，從單晶到混晶到無定形多組分混合物…… 無論是哪一型別，都有一個共同的結構特徵：它們在單分子態靈活易動，而在聚集態運動困難。
AIE在眾多高科技領域有廣闊的應用前景，例如生物成像、醫學診療、化學感測、環保監控、光電器件、智慧刺激響應等等。因為你想想，是單分子發光更有用，還是聚集體發光更有用？當然是後者，因為實用的材料都是聚集體。在谷歌學術用aggregation-induced emission關鍵詞搜尋，可以看到2020年發表的相關論文多達6170篇。這是一個蓬勃發展的領域，而且是少有的完全由中國學者開創的蓬勃發展的領域之一。
有一句名言是：太陽底下無新事。唐本忠等人最初以為AIE是一種沒有先例的全新現象，但經過深入的文獻調研，他們發現其他科學家也曾報道過類似現象。例如，喬治·斯托克斯（George Stokes）在1853年的一篇文章中寫道，一些無機氰化鉑鹽在固態時“敏感”（翻譯成現代術語即“發光”），但它們的溶液看起來與水無異（即不發光）。遺憾的是，他沒有對這種現象進行深入研究。其他科學家也應該在不同染料體系中發現過類似現象，但沒引起人們的重視。
喬治·斯托克斯（George Stokes）
找到這些文獻很不容易，事實上，他們直到2018年才好不容易從文獻堆裡刨出斯托克斯1853年的文章。不過，他們對這些早期工作並不驚訝，因為他們明白科學的進步是一個連續的過程，而不是前無古人的一蹴而就。發現往往是偶然的，AIE是他們“重新發現”的一個古老但未被重視的自然現象。幸運的是，他們抓住了機會，站在巨人肩膀上看到了更高更遠的地方。
唐老師倡導的一個哲學理念非常富有喜劇色彩：“團結就是力量，聚集才能發光！”他力爭與合作者實現雙贏，在發展自己事業的同時幫助他人發展，特別是支援年輕人成長。
最後，唐老師有一個感悟值得所有人深思，尤其是值得科研管理者深思：幾乎沒有任何研究課題會完全按照預期發展；如果有，這種研究不會有任何突破、不會給人帶來任何驚喜，因為你坐在辦公室就能想到什麼事會發生、你的學生會拿到什麼結果。科學研究的真正樂趣在於它的不可預期性：一個很小的、意想不到的細節有可能徹底改變你的研究軌跡。
擴充套件閱讀：
中科院院士：幾乎沒有任何研究課題會完全按照預期發展；如果有，這種研究不會有任何突破、不會給人帶來任何驚喜
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背景簡介：袁嵐峰，中國科學技術大學化學博士，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員，中國科學技術大學科技傳播系副主任，中國科學院科學傳播研究中心副主任，科技與戰略風雲學會會長，“科技袁人”節目主講人，安徽省科學技術協會常務委員，中國青少年新媒體協會常務理事，中國科普作家協會理事，入選“典贊·2018科普中國”十大科學傳播人物，微博@中科大胡不歸，知乎@袁嵐峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。
責任編輯：陳昕悅
