【CCL文章推荐】中国农业大学姚志轶团队:阴离子诱导精准设计阳离子聚噻吩在100%水介质中的组装:基于霍夫迈斯特效应的聚集行为调控

近日，中国农业大学姚志轶团队在 《Chinese Chemical Letters》 上发表了题为 “Anion-induced assembly of precisely engineered cationic polythiophenes in 100 % aqueous media: The regulation of aggregation behavior based on Hofmeister effect” 的研究论文（DOI：10.1016/j.cclet.2026.112731）。本研究报告了对精心设计的阳离子聚噻吩在 100 % 水溶液中阴离子诱导的超分子组装的系统研究，揭示了通过精细调节聚合物结构中的侧链长度和带电部分来调整阴离子选择性和响应阈值。

针对水溶液中阴离子识别受强水合作用和溶剂竞争限制，且现有受体存在结构与性能关系不明确、过度依赖有机溶剂等问题。本研究以具备优异水溶性与构象敏感性的阳离子聚噻吩 （CPTs） 为平台，通过精确微调 CPTs 的侧链长度与带电头基（季铵/吡啶鎓），研究重点考察了带电头基与阴离子之间的特异性亲和性。结果表明，阴离子诱导聚合物发生组装必须有效突破水合屏障，其响应序列本质上取决于头基与阴离子的兼容度，而非单纯的 Hofmeister 效应。并据此成功构建了首个在 100 % 水溶液中对高氯酸根具有高选择性的聚噻吩光学传感器。

如图 1 所示，本研究通过调控烷基侧链长度 （n=2 或 3 ） 与带电头基（季铵或吡啶鎓）合成了三种阳离子聚噻吩 （PMTEA、PMTPA和PMTPPY） ，以探究其组装行为。光谱与颜色演变分析证实，高氯酸根作为一种具有显著去溶剂化能力的强离液性阴离子，能够通过熵增效应有效克服链间静电排斥，驱动适宜侧链的CPTs由无规卷曲发生相转变，形成长程有序的π-π堆叠。此外，硬碱（如 SO₄^2⁻ ）与软碱（如 S₂O₃^2⁻ ）在不同头基体系中展现出截然不同的聚集行为，这一显著偏离经典顺序的现象，直观凸显了带电头基与特定阴离子亲和性在调控组装序列中的决定性作用。

结合密度泛函理论 （DFT） 计算与多维度宏观实验，本工作深度解析了构象演变背后的热力学机制。研究明确指出，单纯的静电中和仅仅是分子靠近的前提；要真正跨越阴离子的高水合能垒、诱导聚合物紧密堆叠，必须依赖额外驱动力。例如，特定头基（如平面吡啶鎓）能够与极化阴离子通过精准的轨道匹配和电荷转移，提供关键的额外“焓补偿”，从而协同打破坚固的水合层。

如图 4 所示通过引入竞争性阴离子构建溶剂化能垒模型，进一步验证了突破水合屏障的物理化学核心规律，并确立了 ClO₄^⁻ 高选择性识别的基础。在非共价调控策略 （NCRS） 的指导下，研究开发了基于 PMTPPY 的比率型光学传感平台。该平台在 100 % 纯水介质中实现了对 ClO₄^⁻ 的超灵敏定量检测，检测限低至 5×10^⁻9 mol/L，并在复杂自来水基质中展现出卓越的抗干扰能力与应用可靠性。

通讯作者个人简介：姚志轶，理学博士，中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授。 2011 年毕业于清华大学，同年进入中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室工作，任助理研究员、副研究员， 2017 年进入中国农业大学工作。研究方向： 1. 荧光探针的设计及其在食品安全快速检测中的应用； 2.  产品溯源、真实性及品质鉴方法研究； 3. 精酿啤酒酿造与分析。中国化学会高级会员，北京市产业特派员、 《Journal of Future Foods》 编委。长期从事食品安全快速检测与食品化学科研工作。以第一作者/通讯作者在 Advance Science，Chemical Science，Analytical Chemistry，ACS Applied Materials & Interfaces，Chemical Communications，ACS Sustainable Chemistry & Engineering 等 TOP 期刊发表 SCI 论文 50 余篇。

第一作者个人简介：田景升，中国农业大学博士研究生，主要研究方向为食品化学快速检测。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cclet.2026.112731