近日，深圳校區前沿學部理學院何自開、醫工學院趙恩貴團隊在構建穩定型有機離子自由基體類光功能材料領域取得新進展。基于混合價化合物的設計理念，研究團隊成功構筑了一類具有超高穩定性的三芳胺陽離子自由基體系，該體系通過分子內價間電荷轉移(IVCT)過程能夠高效吸收全太陽光譜。該研究成果以《高穩定型太陽光譜全吸收的有機陽離子自由基》(Robust organic radical cations with near-unity absorption across solar spectrum)為題發表于《自然通訊》，并被選為期刊亮點論文(Editors’Highlights)。
 

　　有機雙線態自由基因其開殼層電子結構而備受關注。未成對電子能夠賦予材料獨特的光、電、磁特性，使其在光電器件、生物傳感診療以及太陽能高效利用等領域具備廣闊應用前景。然而，自由基的高反應活性使其合成和實際應用面臨挑戰。已報道的穩定自由基體系種類十分有限，嚴重制約了其實際應用的拓展(ChemPhotoChem, 2024, 8, e202300101)。為應對這一挑戰，何自開、趙恩貴團隊圍繞三芳基環繞的單中心碳(Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202414406)、氮(Small, 2025, 2503981)、磷(Chem. Sci., 2023, 14, 1871)等結構展開研究工作，利用原位光照和氧化還原策略構筑新型陽離子有機自由基光功能材料，并積極探索其實際應用前景。
 

　　利用該體系介導的光熱轉換實現太陽能驅動水蒸發，研究團隊通過滴注法將2?+SbF6?負載在內部具有豐富毛細結構的纖維素紙作為支撐材料，構建了界面蒸發體系。在1個太陽光強照射條件下，該體系的平衡溫度可達到84.3攝氏度，太陽能驅動的水蒸發效率高達97.2%(圖1)。此外，該體系還在實際海水淡化實驗中展現出良好效果，進一步驗證了其應用潛力(圖1)。這項研究通過合理的分子設計，成功地制備了高穩定性的三芳胺陽離子自由基體系，并揭示了其穩定性與分子結構及電子特性之間的內在聯系。該體系通過分子內價間電荷轉移(IVCT)過程實現了對太陽光譜的全吸收，并通過高效的太陽能光熱轉換，在海水淡化中展現出良好應用效果。研究成果為構建穩定型有機自由基體系及開發高效太陽能光熱轉換材料提供了重要的理論指導和實踐參考。
 

　　圖1：(a)空白纖維素紙和負載2?+SbF6?的界面蒸發體系在模擬太陽光照射下的光熱轉換行為，插圖為相應的紅外熱成像圖；(b)純水、空白纖維素紙、氧化石墨烯和負載2?+SbF6?的界面蒸發體系的水蒸發曲線；(c)已報道的太陽能驅動水蒸發材料的太陽能蒸汽轉換效率；(d)海水在太陽能脫鹽前(藍色)和脫鹽后(綠色)的離子濃度變化。

 

　　深圳校區為論文第一完成單位。深圳校區博士研究生張帥為論文第一作者，何自開、趙恩貴為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、深圳市科技計劃等項目支持，同時得到深圳校區張倩教授、曹峰教授團隊支持。