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  黑色素混亂復雜的網絡結構為其帶來了有趣的物理化學性能，如在寬泛的波長范圍內(300-1400nm)逐級遞減的連續吸收特性等。然而，復雜的結構使得人們難以建立清晰的構效關系，也難以實現對其光吸收行為的有效調控，這已成為領域公認的瓶頸問題。針對此難題，四川大學李乙文教授團隊系統提出了五類材料化學調控策略，有效調節材料中的共軛分子長度、能帶隙和電荷轉移路徑，從而提升黑色素從紫光區到近紅外光區的吸收能力，拓展了黑色素材料在生物醫學、能源和環境等領域的應用潛力，為優化更多具有復雜結構且難工程化的光熱材料體系提供了新思路（圖1）。

圖1. 黑色素材料的光吸收與光熱行為調控策略。圖片來源Acc. Chem. Res.。

  四川大學高分子科學與工程學院李乙文教授團隊長期致力于人造黑色素材料的結構設計與關鍵性能調控。近日，該團隊以封面形式在Accounts of Chemical Research發表論文，系統闡述了黑色素材料的光吸收與光熱性能的調控策略。針對這一瓶頸問題，團隊在前期工作中證實了黑色素材料的光熱轉換主要依賴于非輻射衰變過程，吸收的光可在1納秒內轉化為熱能，而幾乎不產生熒光和磷光。因此，調節黑色素材料的光吸收才是調控其光熱能力的有效方法。基于此，研究團隊系統提出了五類材料化學調控策略：包括形態調控策略、雜化集成策略、金屬離子螯合策略、共價摻雜策略以及縮合聚合策略（圖2-3）。這些策略可以有效調節材料中的共軛分子長度、能帶隙和電荷轉移路徑，從而提升黑色素從紫光區到近紅外光區的吸收能力。

圖2. 利用配體-金屬離子電荷轉移效應增強黑色素的光吸收與光熱轉換效率。圖片來源Acc. Chem. Res.。

圖3. 構建電子給體-受體對降低材料的能帶隙，促進吸收光譜紅移，得到“更黑”的黑色素材料。圖片來源Acc. Chem. Res.。

  接下來，黑色素材料可通過多種加工方式構建不同形態的功能復合與雜化材料，包括一維納米纖維材料、二維薄膜材料、三維的的納米粒子與膠囊、水凝膠以及彈性體材料等，被廣泛應用于腫瘤光熱治療、太陽能海水淡化、藥物控釋和柔性電子器件等領域，此外，這些材料還在環境修復、光催化、智能傳感等領域展現出有趣的應用前景，為開發新一代多功能光熱材料提供了重要思路。

  最后，黑色素材料作為新概念仿生材料，填補了天然生物色素與合成功能材料之間的關鍵空白，展現出了獨特的光吸收與光熱轉換特性。然而，當前研究仍存在若干重要挑戰：首先，對聚合反應機理和發色團組成的認識尚不完善，特別是在不同合成條件下的結構演變規律仍需深入探索；其次，現有研究多集中于平衡態下的性能表征，而對材料在實際應用環境中（如動態應力、極端溫度或復雜介質等非平衡條件下）的結構穩定性和性能演變機制知之甚少。此外，如何平衡材料的光熱效率與生物相容性、加工性能之間的關系，也是實現其產業化應用必須解決的關鍵問題。未來研究需重點關注黑色素材料在復雜環境中的構效關系，發展人工智能與高通量實驗表征相結合的研究方法，為開發新一代光熱材料提供更全面的理論指導和技術支撐。

  該工作的通訊作者為四川大學高分子科學與工程學院李乙文教授和空天科學與工程學院楊磊副研究員。第一作者為西南林業大學鄒元博士（四川大學畢業生）。該工作得到了國家自然科學基金杰青項目、四川省自然科學基金創新研究群體等多個科研項目的資助。

第一作者簡介：

  鄒元，2022年在四川大學獲得博士學位，師從李乙文教授。現任西南林業大學材料與化學工程學院講師，從事新型黑色素材料的設計與應用研究。近年來以第一作者身份在Sci. Adv., Macromolecules, Mater. Today等雜志發表多篇學術論文。

通訊作者簡介：

  楊磊，現任四川大學空天科學與工程學院副研究員，從事航空航天用高性能復合材料與生物材料的開發。近年來以第一/通訊作者在 Adv. Funct. Mater., CCS Chem., Nano Today等雜志上發表多篇學術論文。

  李乙文，現任四川大學高分子科學與工程學院教授，先進高分子材料全國重點實驗室副主任, 國家杰出青年基金獲得者，國家科技重大專項首席科學家。擔任國家重點研發計劃“可再生能源技術”和“納米前沿”兩個專項的專家組成員，中國化學會高分子學科委員會和應用化學學科委員會委員。擔任Chin. J. Polym. Sci.副主編，以及Fundamental Res.，Macromol. Rapid Commun., Polymer等數十個雜志的編委。近年來致力于人造黑色素等新概念材料的基礎與轉化研究，入選《麻省理工科技評論》“科技創新35人”名單，獲得四川省自然科學一等獎和馮新德高分子獎等獎勵。

  論文信息：Zou, Y.; Wang, T.; Lin, X.; Yang, L.; Li, Y. Regulation of the Light Absorption and Photothermal Performance of Melanin-Like Polymers. Acc. Chem. Res. 2025.   DOI: 10.1021/acs.accounts.5c00346

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.5c00346