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近期，西安交通大学党东锋教授团队联合多机构研究人员，在国际知名学术期刊《Advanced Healthcare Materials》上发表了题为“Air-Stable and Photo-Induced Organic Radicals by Parallel Molecular Stacking in Crystal Network”的研究论文。该工作利用晶体工程策略，成功构建了兼具快速光响应与优异空气稳定性的光致有机自由基体系，并将其应用于近红外荧光成像引导的肿瘤光热/光动力协同治疗。研究过程中，国仪量子的电子顺磁共振波谱仪及时间分辨EPR（TREPR）系统为该工作自由基生成机理与瞬态动力学的确证提供了关键的表征数据。 

 

 

研究中使用了国仪量子时间分辨EPR系统，并致谢工程师

 

研究背景

 

有机自由基材料在光电、磁性以及生物医学领域具有广泛的应用潜力。然而，由于有机自由基通常具有高反应活性和强电子相互作用，其在固态环境下极易失活。传统的稳定化策略多依赖于共价位阻、主客体相互作用或金属配位等方式。该工作打破常规，提出了一种全新的非共价稳定策略：通过晶体工程调控分子的堆积模式。

 

研究团队设计合成了一系列三芳基胺（TPA）衍生物，发现其中特定化合物在氢键作用的驱动下，能够形成具有二维平行堆积模式的稳固晶体网络。这种刚性的晶体环境有助于限制分子构象波动，并减弱氧气、水分等外界因素对自由基的猝灭作用，为实现超高稳定性的自由基奠定了结构基础。

 

有机自由基的稳定化策略对比。传统策略包括共价位阻（A）、主客体相互作用（B）及金属配位（C）；本工作（D）提出通过非共价的平行分子堆积网络实现自由基的高效稳定。

 

连续波EPR确证稳定性与光响应特征

 

EPR技术是确证自由基生成的关键表征手段。研究测试了样品在光照前后的稳态EPR谱图。结果表明，样品在光照下迅速产生具有氮超精细分裂特征的 TPA 自由基阳离子信号（g 值约 2.004–2.006）。通过原位持续紫外光照监测，确证了自由基信号在5分钟时达到生成饱和。

 

为验证材料的空气稳定性，研究记录了化合物1晶体在室温空气中存放1个月后的稳态EPR谱图。数据显示，存放1个月后的晶体仍具有极强的自由基信号，直接证实了该二维平行堆积网络对自由基物种具备极高的保护能力。

 

（A）紫外照射后晶体1的时变EPR光谱。（B）晶体1在储存一个月后采集的EPR光谱，以及使用EasySpin模拟的EPR光谱。

 

时间分辨EPR捕获超快瞬态电荷转移

 

为探究稳定的光致自由基在激发态下的生成机制，该研究利用国仪量子时间分辨电子顺磁共振系统进行了时间分辨EPR测试。

 

实验在80 K低温环境下，利用355 nm纳秒脉冲激光作为激发源 。TREPR系统成功监测到了光激发后短寿命瞬态物种的生成与衰减过程：数据清晰记录了瞬态信号在激光激发后的340纳秒（ns）内达到峰值，并在随后的4微秒（μs）内逐渐衰减 。

 

借助国仪量子时间分辨 EPR 系统，并结合对瞬态 EPR 谱线的分析与拟合，研究团队在纳秒至微秒时间尺度上捕获到了光激发后短寿命顺磁中间体的形成与演化过程。测试结果表明，体系在激发后的早期时间窗内迅速出现自旋相关瞬态信号，并经历后续衰减与演化。相较于稳态 EPR 对最终顺磁产物的确认，时间分辨 EPR 进一步给出了常规表征难以直接获得的动态过程信息，为文章关于光激发后电荷转移及自由基相关过程的讨论提供了关键的时间分辨实验依据。

 

时间分辨EPR系统捕获的瞬态物种演变及谱线拟合

 

该研究通过晶体工程策略构建的二维平行分子堆积网络，有效解决了有机自由基在固态下的稳定性难题，并明确了其超快光诱导电荷转移机制。这为未来开发高性能的生物医用光致自由基材料提供了重要的理论基础和设计范式。

 

荣获论文致谢

 

在论文的 Acknowledgements 部分，作者特别致谢了国仪量子的应用工程师团队：

 

"The authors would also like to thank Hongyan Shen and Haifeng Wu, engineers from Guoyi, for their assistance in transient EPR testing."

 

高水平科研成果的产出离不开精准可靠的表征数据。国仪量子应用工程师团队在复杂的低温时间分辨动力学测试中，为用户提供了专业、及时的技术测试支持和谱图拟合支持。

 

国仪量子电子顺磁共振波谱仪

 

国仪量子的电子顺磁共振波谱仪系列产品，凭借卓越的性能与极高的稳定性，已在国内外众多顶尖高校与科研院所广泛使用，持续为材料、化工及生命科学领域的顶刊成果提供坚实的数据基石，深受学术界与广大用户的认可。

 

面向光化学与超快反应前沿，国仪量子时间分辨EPR系统以纳秒级时间分辨率，精准捕获光激发下的超短寿命瞬态物种。该系统助力科研人员跨越从“看清结果”到“还原过程”的表征壁垒，为微观机理解析提供一锤定音的动力学证据。

 

高水平的表征离不开专业的技术保障。国仪量子应用工程师团队将始终提供快速响应与深度技术支持，以专业服务护航用户的每一次科学探索。