工业生产中，四氢噻吩（THT）是制备医药、农药的关键原料，但其合成过程中残留的微量噻吩（TP）难以去除。传统氢化或萃取精馏分离工艺能耗高、工序繁琐，并且近红外光热材料又普遍面临设计复杂、光照稳定性差的痛点，两大难题长期制约相关领域发展。近日，东北大学理学院化学系周炯教授团队设计了杂[4]芳烃共晶材料，巧妙实现分子精准分离与高效光热转换双重功能。2026年2月2日，相关研究论文以“Hybrid [4] arene-Based Co-Crystals: Perfect Vapochromic Selectivity and Efficient Photothermal Conversion”为题发表在Chem期刊上。论文通讯作者为周炯教授，第一作者为陈靖宇博士。

近红外光热材料凭借“吸光产热”的特性，在光热治疗、光热电器件等领域展现出广阔应用前景。与此同时，THT作为医药、农药合成的关键原料，其工业生产中残留的微量TP，长期以来依靠高能耗的氢化或萃取精馏工艺去除，开发节能高效的分离技术成为行业迫切需求。有机共晶因合成简便、性质稳定的优势，成为构建功能材料的理想平台。而杂芳烃作为一类新型大环主体分子，由两种及以上不同结构单元构成，其丰富的结合位点和结构可调性，为共晶材料的功能化奠定了基础。团队以电子给体杂[4]芳烃（H）和电子受体1,2,4,5-四氰基苯（TCNB）为基元，通过电荷转移作用构建共晶材料（图1）。

图1：分子结构示意图及气致变色-光热转换机制。

经真空加热活化后，得到具有吸附分离能力的共晶材料（H-TCNBα）。面对等体积混合的TP/THT蒸汽，H-TCNBα能精准捕捉TP分子，并有明显的气致变色效果，对THT则几乎无吸附（图2A）。气相色谱分析显示，该材料可从混合蒸汽中100%分离出TP（图2E）。并且经过多次吸-脱附循环，H-TCNBα的分离选择性未出现明显衰减，为工业化应用奠定坚实基础（图2F）。

图2：H-TCNBα对TP和THT混合蒸汽的选择性实验。

更具实用价值的是，H-TCNBα能高效提纯工业级四氢噻吩。当投入9 mg H-TCNBα时，可将THT纯度从98.01%提升至99.97%，远超工业应用标准（图3C）。同时，吸附TP的过程中，H-TCNBα的颜色会从棕色变为黑色，无需复杂检测设备，大幅降低应用成本。

图3：H-TCNBα对THT的纯化实验。

单晶X射线衍射与密度泛函理论（DFT）计算，揭开了材料高性能的背后机理。TP分子被吸附后，会嵌入H和TCNB堆叠形成的一维通道中。通过C–H…π、C–H…N等多重非共价键作用，TP与共晶骨架紧密结合，不仅诱导共晶结构重构，还充当“电子桥梁”提升体系的电子给体能力（图4D）。这一变化直接让材料的分子轨道能级差大幅缩小，形成窄带隙结构，为后续的近红外光热性能奠定结构基础。

图4：非共价相互作用力分析。

吸附TP后形成的H-TCNB@TP共晶，在近红外光热性能测试中表现卓越。在808 nm激光照射下，H-TCNB@TP的温度短时间内飙升至66 ℃，光热转换效率高达73.5%，远超多数传统有机光热材料（图5D）。红外热成像图清晰记录下这一过程：相同光照条件下，H-TCNBα温度无明显变化，而H-TCNB@TP升温显著（图5E）。深入探究其机理发现，TP诱导的结构重排促使共晶中部分C-O键断裂，形成稳定自由基。这种“物理电荷分离态+化学共价自由基”的协同效应，能有效抑制辐射弛豫，将吸收的光能最大限度转化为热能。并且经过多次加热-冷却循环，H-TCNB@TP的光热转换性能未出现明显衰减，为工业化应用奠定坚实基础。

图5：光热转换性能。

这项研究的核心创新，在于首次将分子分离、气致变色与光热转换三大功能集成于一种材料中。它既为工业上TP/THT的节能分离提供了新方案，也为高性能光热材料的设计提供新思路。未来，该材料有望在精细化工分离、光热治疗、太阳能利用等领域大展拳脚。

该研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102863