聚集诱导发光机理
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聚集诱导发光体系_化合物种类、发光机制及其应用
recent years ，resulting in the accumulation of a wealth of information on molecular design of AIE luminogens and mechanistic understanding of the AIE processes． The studies on the AIE systems have opened a new route to develop solid-state highly-emissive organic materials ，especially for the high performance organic electroluminescent （ EL ） materials ，which usually suffer from the severe aggregation-caused quenching （ ACQ ） effect． This review summarizes the recent advances in this research field ，including the typical AIE systems ，the AIE mechanisms and their various applications． The organic AIE systems mainly include aryl-substituted heterocyclic compounds ，arylsubstituted vinyl compounds ，intramolecular charge transfer compounds ，hydrogen-bonding compounds ，polymers and so on． Investigations of their structure-property relationships reveal that these compounds may possess different
聚集诱导发光机理研究
聚集诱导发光机理研究
聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）是一种具有
独特特性的新型发光机理，它可以有效地实现有机发光体的自发光。
基本
原理是，当分子聚集在一起时，由于分子间能量转移和配位作用等影响，
其CT轨道中较高的离子态能级变得相对较低，从而使原本不发光的分子
具有发光能力。
因此，可以认为AI致发光是一种量子效应，它的发光主
要取决于分子结构和分子排列状态，而且可以以非常低的能量产生很强的
发光。
该发光机理已经在材料的合成和探索中发挥了重要作用，并且在分
子感光器、生物传感器、染料敏化太阳能电池等领域已经得到了广泛应用。
聚集诱导发光(aie)在功能高分子材料中的应用
聚集诱导发光（本人E）在功能高分子材料中的应用一、概述功能高分子材料是一种具有特定功能的材料，广泛应用于光电器件、生物医学、催化等领域。
近年来，聚集诱导发光（本人E）材料作为一种新型的发光材料，受到了研究者们的广泛关注。
本人E材料具有不溶于水的特性，有机溶剂中可溶，具有高效的发光性能，其在功能高分子材料中的应用具有重要意义。
二、本人E材料的特性1. 不溶于水的特性本人E材料不溶于水，这使得它在水性体系中具有独特的应用优势。
在生物医学领域，本人E材料可以用于细胞成像和药物传递系统中。
2. 有机溶剂中可溶在有机溶剂中，本人E材料可以完全溶解，形成溶液状。
这使得本人E 材料可以被方便地喷涂在各种基板上，应用于光电器件领域。
3. 高效的发光性能本人E材料在激发状态下能够发出强烈的荧光，具有高效的发光性能。
这使得本人E材料在光电器件领域具有广阔的应用前景。
三、本人E材料在功能高分子材料中的应用1. 光电器件本人E材料可以被应用于有机发光二极管（OLED）、柔性显示器等光电器件中。
由于本人E材料具有高效的发光性能和良好的溶解性，可以制备出高性能的光电器件。
2. 生物医学本人E材料可以被用于细胞成像和药物传递系统中。
由于本人E材料不溶于水，可以避免在生物体内发生溶解，并且具有高效的发光性能，能够清晰地观察细胞结构和功能。
3. 化学催化本人E材料可以被用于催化反应。
由于本人E材料具有高效的发光性能，可以通过荧光方法来研究催化反应的动力学和机理。
四、本人E材料在功能高分子材料中的发展趋势1. 多功能化未来的本人E材料将会朝着多功能化方向发展，不仅具有发光性能，还能够具有温敏性、光敏性等多种功能。
2. 高性能化随着本人E材料的研究不断深入，其性能将会不断提高，使得其在功能高分子材料中的应用更加广泛。
3. 应用领域拓展本人E材料在功能高分子材料中的应用领域将会不断拓展，涵盖更多的领域。
五、结论本人E材料作为一种新型的发光材料，在功能高分子材料中具有重要的应用意义。
聚集诱导发光机理24页PPT
人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
聚集诱导发光机理
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
聚集诱导发光机理
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
聚集诱导淬灭原理
聚集诱导淬灭原理
聚集诱导淬灭原理（Aggregation-Induced Quenching, AIQ）是一
种物理现象，它描述了在溶液或固态材料中，分子或宏观聚集体的形
成会导致荧光或发光信号的熄灭。
这是因为聚集体的形成导致分子之
间的密切接触，从而使分子内部电子能级发生改变，破坏了荧光标记
物的发光路径，从而使发光的量减少或完全熄灭。
该现象被广泛应用于化学和生物诊断领域中，尤其是用于荧光标记物
的检测和成像。
荧光标记物的特异性和高灵敏度使其成为检测和成像
生物分子的理想工具。
然而，由于荧光标记物的发光量往往受到许多
影响因素的影响，如紫外线辐射、环境温度和化学作用等，导致荧光
信号的稳定性较差。
AIQ 现象的应用可以有效地降低这种干扰，进而
提高检测和成像的准确性和可靠性。
在AIQ应用中，研究人员通常会利用荧光分子的物理、化学性质和材
料的聚集能力，通过设计新型分子结构或材料构成，实现高效、快速、灵敏地检测和成像。
例如，研究人员可以利用分子内氧气敏感荧光染
料来设计新型的氧分子探针，进而扩展其在医学和生物分子检测中的
应用。
同时，还可以通过调控材料聚集状态，实现对某些物质的高灵
敏度检测，如可溶性有机分子、金属离子、环境污染物等。
总之，聚集诱导淬灭原理的应用可以提高荧光标记物的检测和成像的灵敏度和准确性，拓展了检测和成像领域的应用前景。
在未来的研究中，研究人员可以进一步探究该现象的物理和化学机制，为荧光标记物的应用提供更好的性能和更广泛的应用场景。
aie,_淬灭,金属-配体电荷转移过程_,_mlct
aie, 淬灭,金属-配体电荷转移过程, mlct1. 引言1.1 概述AIE (聚集诱导发光)是一种具有独特荧光性质的现象，其在分子溶液中表现出弱荧光或无荧光的特点，但当分子聚集形成凝胶体系或固态材料时，会显示出明亮的固体发光。
这种与传统发光的差异性使得AIE材料在荧光探针、生物成像、有机电激发发光器件等领域展示了巨大的应用潜力。
1.2 文章结构本文将首先介绍AIE的概念和原理，包括聚集诱导发光现象和其背后的物理和化学基础。
接着，我们将探讨AIE材料在不同应用领域中的具体应用情况，如生物成像和有机电激发发光器件。
然后，我们将重点关注AIE与金属-配体电荷转移过程之间的关系，并分析淬灭（猝灭）对金属-配体电荷转移过程的影响。
最后，我们将介绍金属-配体电荷转移现象及其特征和机理，并讨论MLCT在光催化和光电器件中的应用。
文章将以结论总结研究结果，并展望未来对该领域的进一步研究方向。
1.3 目的本文旨在全面系统地介绍AIE、淬灭和金属-配体电荷转移过程的基本概念和原理，探讨它们之间的关系以及在材料科学和光学应用中的重要性。
通过对现有研究的归纳总结，旨在为相关领域发展提供新的思路和启示，并为未来更深入的研究提供指导。
2. AIE （聚集诱导发光）2.1 AIE的概念和原理AIE（Aggregation-Induced Emission）即聚集诱导发光，指的是某些分子在单体状态下不会发光，但当它们聚集形成超分子结构时，却能够发出强烈的固体体现。
与常规荧光材料相比，AIE材料具有以下特点：在高浓度下仍然保持较高的量子产率；在溶胶态或固胶态表现出明显的荧光增强效应；具有优异的抗淬灭性能。
AIE效应的原理主要涉及扭曲作用和非辐射转移。
一般来说，荧光基团周围存在空间位阻或刚性结构，因而限制了其内部旋转，在溶液中处于非辐射跃迁受限状态。
但当这些分子接近并形成聚集体时，扭曲效应消失，内部旋转受到限制，并且激发态能级降低。
聚集诱导发光材料
第一，溶液状态下，外围不同刚性芳香环基团绕着 与核心相连的单、双或三键同步转动，消耗能量， 进而造成激发态能量被耗散，导致荧光发射淬灭； 第二，外围连接基团体积和空间位阻效应过大，从 而决定了无论在溶液还是固体状态下，基团排列相 互扭曲、呈现非平面空间构象，而在形成聚集体时 由于这种扭曲的分子空间结构导致分子间距离较大， 堆砌较为疏松，阻止了π-π堆砌、激基缔合物或复 合物的形成，减少了荧光淬灭的可能性，使得聚集 态下发射强烈的荧光
Org. Lett. 2010, 12, 2274
21
Fluorescence spectra of 1 (60.0 μM) in PBS buffer solution (2.0 mM, pH ) 8.5) in the presence of different amounts of Arg6 peptide (from 0.0 to 10.0 μM); the insets show (1) the photos of the corresponding buffer solutions of 1 (60.0 μM) in the absence (A) and presence(B) of Arg6 peptide (10.0 μM) under UV light (365 nm) illumination and (2) variation of the fluorescence intensity at 475 nm vs the concentration of Arg6.
17
聚集诱导增强发光材料的应用
发光器件
无荧光猝灭，无需掺杂，高荧光发光效率 高热稳定性 (亮度高达55 880 cd/m2)
荧光探针
➢无荧光猝灭，扩大应用范围 ➢聚集产生荧光强度改变，响应更灵敏和更快速 ➢颠覆了传统荧光探针的工作原理(光诱导电子转 移PET，光诱导分子内电荷转移PICT等), 提供新 的检测可能性。
Org. Lett. 2010, 12, 2274
21
Fluorescence spectra of 1 (60.0 μM) in PBS buffer solution (2.0 mM, pH ) 8.5) in the presence of different amounts of Arg6 peptide (from 0.0 to 10.0 μM); the insets show (1) the photos of the corresponding buffer solutions of 1 (60.0 μM) in the absence (A) and presence(B) of Arg6 peptide (10.0 μM) under UV light (365 nm) illumination and (2) variation of the fluorescence intensity at 475 nm vs the concentration of Arg6.
17
聚集诱导增强发光材料的应用
发光器件
无荧光猝灭，无需掺杂，高荧光发光效率 高热稳定性 (亮度高达55 880 cd/m2)
荧光探针
➢无荧光猝灭，扩大应用范围 ➢聚集产生荧光强度改变，响应更灵敏和更快速 ➢颠覆了传统荧光探针的工作原理(光诱导电子转 移PET，光诱导分子内电荷转移PICT等), 提供新 的检测可能性。
聚集诱导发光 十大科学研究方向
聚集诱导发光十大科学研究方向聚集诱导发光(plasmon-induced luminescence, PIL)是一种新兴的研究领域，结合了纳米颗粒、光激发和荧光发射等多个科学方向。
聚集诱导发光通过调控纳米颗粒与光的相互作用，能够实现荧光信号的增强、光谱调控和多功能化应用。
以下是十大聚集诱导发光的科学研究方向：1.纳米颗粒的合成与表征：纳米颗粒的尺寸、形状和表面性质对聚集诱导发光具有重要影响。
研究人员可以通过合成方法的优化和表征技术的发展，实现纳米颗粒的精确控制和性能调控。
2.光学性质与波导效应研究：聚集诱导发光是基于光激发的原理，因此光学性质对其效果具有重要影响。
研究人员可以通过研究和优化光学性质，实现光激发和荧光发射的高效率转换。
3.荧光增强效应研究：聚集诱导发光可以显著增强荧光信号，使得荧光检测的灵敏度和分辨率有了质的提升。
研究人员可以通过研究增强效应的机制和调控方法，实现更高效的荧光增强效果。
4.光谱调控与多色荧光研究：聚集诱导发光可以实现荧光信号的光谱调控，从而实现多色荧光检测。
研究人员可以通过调控纳米颗粒的性质和结构，实现荧光信号的多色化和高分辨率。
5.二维和三维荧光成像研究：聚集诱导发光可以应用于生物体内的光学成像。
研究人员可以通过研究和优化成像技术，实现高分辨率和高对比度的二维和三维荧光成像。
6.纳米颗粒与生物分子的相互作用研究：聚集诱导发光可以实现纳米颗粒与生物分子之间的相互作用。
研究人员可以通过研究相互作用机制和调控方法，实现生物分子的灵敏检测和分析。
7.聚集诱导发光在生物医学中的应用研究：聚集诱导发光可以应用于生物医学领域，如癌症诊断、药物传递和光动力治疗等。
研究人员可以通过研究和优化应用方法，实现更高效、可靠和安全的生物医学应用。
8.聚集诱导发光在能源领域的应用研究：聚集诱导发光可以应用于能源领域，如太阳能电池和光催化等。
研究人员可以通过研究和优化应用方法，实现更高效、稳定和可持续的能源转换。
聚集诱导发光_现象_机理和应用
PL-003聚集诱导发光：现象、机理和应用唐本忠香港科技大学化学系，九龙，香港；浙江大学高分子科学与工程学系，杭州 310027E-mail: tangbenz@ust.hk传统观念认为生色团的聚集将导致荧光猝灭。
与之截然相反，聚集诱导发光（AIE）是指一类在溶液中不发光的分子在聚集态发光的现象。
本报告将讲述我们是如何发现AIE现象和怎样提出分子内旋转受限是导致AIE现象的机理假设的研究过程，并总结在基于机理理解的基础上，如何发展多种涵盖整个可见光范围的发光效率高达100%的荧光和磷光AIE分子，以及怎样将这些小分子转化成具有AIE特性的高分子。
我们还将讨论这些AIE小分子及聚合物的特殊功能和应用前景。
关键词：聚集诱导发光；分子内旋转受限；固态聚集；功能高分子材料。
参考文献[1] J. Luo, Z. Xie, J. W. Y. Lam, L. Cheng, H. Chen, C. Qiu, H. S. Kwok, X. Zhan, Y. Liu, D. Zhu, and B. Z.Tang, Chem. Commun. 2001, 1740–1741.[2] Y. Hong, J. W. Y. Lam, and B. Z. Tang, Chem. Commun. 2009, 4332–4353.[3] J. Liu, J. W. Y. Lam, and B. Z. Tang, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater.2009, 19, 249–285.[4] J. Liu, J. W. Y. Lam, and B. Z. Tang, Chem. Rev.2009, 109, 5799–5867.Aggregation-Induced Emission: Phenomenon, Mechanism andApplicationsBen Zhong TangDepartment of Chemistry, The Hong Kong University of Science & Technology, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong, and Department of Polymer Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027 Chromophore aggregation generally quenches light emission. Aggregation-induced emission (AIE) refers to an opposite phenomenon that luminogens non-emissive in the solution state are induced to emit efficiently when they are aggregated. In this talk, I will give a brief account on how we have discovered the AIE phenomenon and identified the restriction of intramolecular rotations as a main cause for the AIE effect. On the basis of the mechanism understanding, we have developed a series of new fluorescent and phosphorescent AIE molecules with emission efficiency up to unity and emission color covering the entire visible spectral region. By incorporating the AIE moieties into monomers, we have succeeded in the synthesis of new polymers with AIE features. I will also discuss the unique functionalities and potential applications of the AIE molecules and polymers.3。
金属聚集诱导发光有机框架
金属聚集诱导发光有机框架金属聚集诱导发光（AIE）有机框架是一种新型材料，由金属离子与有机配体结合而成。
它们具有独特的发光性质，使其成为光电应用的潜在候选者。
AIE 机制AIE 是指在聚集状态下发光而分散时不发光的现象。
这与传统的聚集猝灭发光（ACQ）机制相反，在 ACQ 中，分子聚集会导致发光猝灭。
在 AIE 材料中，金属离子与有机配体的相互作用抑制了聚集猝灭，导致聚集体中的强发光。
有机框架结构AIE 有机框架具有多孔的骨架结构，由有机配体交联而成。
金属离子嵌入骨架中，与配体配位。
骨架的孔隙率和表面积提供了丰富的活性位点，有利于光敏活性团体的加载和调节。
发光特性AIE 有机框架具有 tunable 发光特性。
通过改变金属离子、配体和骨架结构，可以控制发光波长、强度和寿命。
这些材料表现出高量子产率、宽发射光谱和优异的光稳定性。
应用潜力AIE 有机框架在各种光电应用中显示出广阔的应用前景，包括：发光二极管 (LED)：高发光效率和可调颜色，使其成为节能照明和显示应用的潜在候选者。
发光传感器：独特的发光特性使其能够检测各种分析物，包括离子、分子和生物分子的变化。
生物成像：作为生物标记的生物相容性和高发光度，使其适用于细胞和活体成像。
太阳能电池：作为光敏材料，可以将光能有效地转化为电能。
光催化：骨架的孔隙率和表面积提供催化活性位点，使其在光催化反应中具有潜在用途。
合成策略AIE 有机框架可以通过各种合成策略制备，包括溶剂热法、水热法和模板辅助法。
通过优化合成条件，可以控制材料的形貌、晶体结构和发光性能。
展望AIE 有机框架是一种新型发光材料，具有 tunable 发光特性和广泛的应用潜力。
随着合成策略的不断发展和材料性能的优化，这些材料有望在光电领域发挥重要作用。
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（b）外加压力的变化(以AlQ3作为 对照)
•
Li等合成了在HPS的3，4位苯环上分别取代两个异丙
基的化合物9。在丙酮溶液中9的荧光强度很高，量子产率
达83%，而HPS在丙酮溶液中的荧光量子产率仅0.1%。
(a)化合物9在 丙酮溶液中的 荧光光谱;(b)9 的结构式及其 溶液在紫外灯 下的照片
四 聚集诱导发光分子介绍
质最为突出的一个分子。
•
通过改变AIE分子的结构，对可旋转的芳香族取代基加
以约束或固定，即从分子内部抑制或阻断内旋转，若因此
得到在单分子状态下就有较强荧光的化合物，则可证明
RIR机理的可靠性。前述化合物9就是一个例证，以下再举
两例。
•
Lai等研究了四苯基噻吩(化合物12)及其2位苯环被二
苯基喹啉取代的衍生物(化合物19)的发光行为。在THF和
•
可见silole环并不是形成AIE现象的必要条件。一连，就会产生RIR效应，从而很可能表现出AIE性
质。
• Tang研究组将丁二烯、富烯及简单的乙烯双键作为共 轭中心，用多个可旋转的苯环与之相连，分别得到化合物 15、16和17，它们和它们的一些衍生物都具有明显的AIE 性质。其中TPE(tetraphenylethene，即化合物17)由于其 结构简单，合成方便，成为现阶段AIE研究中最常用的分 子。
•
2001年，Tang研究组发现硅杂环戊二烯(silole)衍生物在溶液中几乎不发
光，而在形成固体后发光大大增强，他们将此现象定义为“聚集诱导发光
(aggregation-induced emission，AIE)”现象。具有AIE性质的化合物从根本
上克服了聚集导致荧光猝灭的难题，引起了广泛的研究兴趣，至今已开发出
• Chen等还研究了黏度对HPS溶液荧光的影响。
甘油含量为0-50%时，荧光强 度随甘油含量在坐标中呈线性 上升 ；在甘油含量大于50% 时，荧光强度以指数上升。
(a)甲醇/甘油混合溶剂的组成
• Fan等测量了HPS薄膜在不同外加压力下的荧光光谱 。
当压力小于104atm时，随着压力 的增大，荧光强度很快地升高;当压力 继续增大时，荧光强度开始缓慢下降， 但在压力达到600atm时，荧光强度 仍高于未受压时的强度 。
聚集诱导发光机理
学生: 指导教师：
2020/4/7
主要内容
一．研究背景 二．聚集诱导发光机理(RIR) 三．聚集诱导发光分子介绍
一 研究背景
• 大多数有机发光材料在溶液状态下可以具有很好的发光性能,但在聚 集态时通常会呈现发光效率降低甚至不发光的现象即聚集荧光猝灭（ aggregation-caused quenching，ACQ），造成这种现象的主要原 因是分子间的相互作用导致了非辐射能量转换或形成了不利于荧光发 射的物种。在实际应用中，荧光材料往往需要制成固体或薄膜形式， 荧光分子之间发生聚集是不可避免的。人们尝试用很多物理、化学方 法阻止荧光分子的聚集，以获得固态发光效率高的材料，这些尝试取 得了积极的效果，但是复杂的合成路线使这类材料的发展受到限制。
• 在理解RIR机理的基础上，人们已经设计合成了种类繁 多的新AIE体系，以下仅选取其中有代表性的几个例子略 作介绍。
• Mullin研究组将HPS中silole环上的Si原子用同族元素 Ge和Sn替换，得到的化合物10和11也具有明显的AIE性 质。
• Hong研究组、Yamaguchi研究组和Tanaka研究组发现若 silole环上的Si被S和P代替，得到的化合物12-14都具有 AIE性质。其中化合物13和14在增加一些取代基之后，固 态发光效率提高更多。
•
将两个TPE分子用一个单键相连，得到化合物18，同
一分子中含有更多可旋转的苯环。在溶液中这些苯环的自
由旋转几乎完全消耗了激发态能量，导致其在溶液中几乎
不发光(荧光量子产率ΦF，a=0)，而在苯环旋转被限制的晶 体中荧光量子产率(ΦF，s)达到100%，其固体和溶液荧光 量子产率的比值(α AIE=ΦF，s/ΦF，a)可达无穷大，是AIE性
分子内旋转受限
• Tang研究组发现了化合物1具有AIE性质后，设计合成 了一系列silole衍生物，如化合物2—8等，发现AIE性质是 这一类化合物普遍具有的特征。
• 以HPS(hexaphenylsilole，即化合物2)为例:在纯丙酮 溶液中HPS的荧光量子产率仅为0.22%;而在丙酮和水的混 合溶剂中，随着不良溶剂水的加入，HPS聚集形成纳米粒 子，荧光强度明显增大，当水含量达到99%时荧光量子产 率提高到56%，增大了255倍。
• 通过改变外部环境，如降低温度、增大黏度和施加压力 ，可以使分子内旋转不容易进行。如果在这样的条件下分 子表现出荧光增强，则可证明分子内旋转受限的确是导致 荧光增强的原因。
• Chen等研究了温度对HPS溶液荧光的影响，发现HPS 的THF溶液在温度降低时荧光强度增加(见图1)。
图1 HPS的THF溶液 在不同温度下的荧光 强度
从蓝光到红光覆盖整个可见波长范围的AIE体系，并利用这些化合物制备出高
效的发光器件和化学生物传感器。
二 聚集诱导发光机理
• 众多研究组通过实验分析和理论计算，已经提出多种 可能的机理，包括:分子内旋转受限、分子内共平面、抑制 光化学或光物理过程、非紧密堆积、形成J-聚集体以及形 成特殊激基缔合物等。事实上，对于每一个分子而言， AIE现象的形成往往是几个原因共同作用的结果。
•
• 这些化合物分子结构的共同点是外围芳香族取代基 silole中心以可旋转的单键相连。在溶液中，这些芳香族 取代基绕单键的自由旋转消耗了激发态能量，成为一个非 辐射衰变渠道，导致荧光减弱;而在聚集状态下，由于空间 限制，这种分子内旋转受到了很大阻碍，上述非辐射衰变 渠道被抑制，激发态分子只能通过辐射衰变回到基态，从 而使荧光显著增强。因此他们认为分子内旋转受限 (restricted intramolecular rotation，RIR)是AIE现象产 生的机理。
•
Li等合成了在HPS的3，4位苯环上分别取代两个异丙
基的化合物9。在丙酮溶液中9的荧光强度很高，量子产率
达83%，而HPS在丙酮溶液中的荧光量子产率仅0.1%。
(a)化合物9在 丙酮溶液中的 荧光光谱;(b)9 的结构式及其 溶液在紫外灯 下的照片
四 聚集诱导发光分子介绍
质最为突出的一个分子。
•
通过改变AIE分子的结构，对可旋转的芳香族取代基加
以约束或固定，即从分子内部抑制或阻断内旋转，若因此
得到在单分子状态下就有较强荧光的化合物，则可证明
RIR机理的可靠性。前述化合物9就是一个例证，以下再举
两例。
•
Lai等研究了四苯基噻吩(化合物12)及其2位苯环被二
苯基喹啉取代的衍生物(化合物19)的发光行为。在THF和
•
可见silole环并不是形成AIE现象的必要条件。一连，就会产生RIR效应，从而很可能表现出AIE性
质。
• Tang研究组将丁二烯、富烯及简单的乙烯双键作为共 轭中心，用多个可旋转的苯环与之相连，分别得到化合物 15、16和17，它们和它们的一些衍生物都具有明显的AIE 性质。其中TPE(tetraphenylethene，即化合物17)由于其 结构简单，合成方便，成为现阶段AIE研究中最常用的分 子。
•
2001年，Tang研究组发现硅杂环戊二烯(silole)衍生物在溶液中几乎不发
光，而在形成固体后发光大大增强，他们将此现象定义为“聚集诱导发光
(aggregation-induced emission，AIE)”现象。具有AIE性质的化合物从根本
上克服了聚集导致荧光猝灭的难题，引起了广泛的研究兴趣，至今已开发出
• Chen等还研究了黏度对HPS溶液荧光的影响。
甘油含量为0-50%时，荧光强 度随甘油含量在坐标中呈线性 上升 ；在甘油含量大于50% 时，荧光强度以指数上升。
(a)甲醇/甘油混合溶剂的组成
• Fan等测量了HPS薄膜在不同外加压力下的荧光光谱 。
当压力小于104atm时，随着压力 的增大，荧光强度很快地升高;当压力 继续增大时，荧光强度开始缓慢下降， 但在压力达到600atm时，荧光强度 仍高于未受压时的强度 。
聚集诱导发光机理
学生: 指导教师：
2020/4/7
主要内容
一．研究背景 二．聚集诱导发光机理(RIR) 三．聚集诱导发光分子介绍
一 研究背景
• 大多数有机发光材料在溶液状态下可以具有很好的发光性能,但在聚 集态时通常会呈现发光效率降低甚至不发光的现象即聚集荧光猝灭（ aggregation-caused quenching，ACQ），造成这种现象的主要原 因是分子间的相互作用导致了非辐射能量转换或形成了不利于荧光发 射的物种。在实际应用中，荧光材料往往需要制成固体或薄膜形式， 荧光分子之间发生聚集是不可避免的。人们尝试用很多物理、化学方 法阻止荧光分子的聚集，以获得固态发光效率高的材料，这些尝试取 得了积极的效果，但是复杂的合成路线使这类材料的发展受到限制。
• 在理解RIR机理的基础上，人们已经设计合成了种类繁 多的新AIE体系，以下仅选取其中有代表性的几个例子略 作介绍。
• Mullin研究组将HPS中silole环上的Si原子用同族元素 Ge和Sn替换，得到的化合物10和11也具有明显的AIE性 质。
• Hong研究组、Yamaguchi研究组和Tanaka研究组发现若 silole环上的Si被S和P代替，得到的化合物12-14都具有 AIE性质。其中化合物13和14在增加一些取代基之后，固 态发光效率提高更多。
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将两个TPE分子用一个单键相连，得到化合物18，同
一分子中含有更多可旋转的苯环。在溶液中这些苯环的自
由旋转几乎完全消耗了激发态能量，导致其在溶液中几乎
不发光(荧光量子产率ΦF，a=0)，而在苯环旋转被限制的晶 体中荧光量子产率(ΦF，s)达到100%，其固体和溶液荧光 量子产率的比值(α AIE=ΦF，s/ΦF，a)可达无穷大，是AIE性
分子内旋转受限
• Tang研究组发现了化合物1具有AIE性质后，设计合成 了一系列silole衍生物，如化合物2—8等，发现AIE性质是 这一类化合物普遍具有的特征。
• 以HPS(hexaphenylsilole，即化合物2)为例:在纯丙酮 溶液中HPS的荧光量子产率仅为0.22%;而在丙酮和水的混 合溶剂中，随着不良溶剂水的加入，HPS聚集形成纳米粒 子，荧光强度明显增大，当水含量达到99%时荧光量子产 率提高到56%，增大了255倍。
• 通过改变外部环境，如降低温度、增大黏度和施加压力 ，可以使分子内旋转不容易进行。如果在这样的条件下分 子表现出荧光增强，则可证明分子内旋转受限的确是导致 荧光增强的原因。
• Chen等研究了温度对HPS溶液荧光的影响，发现HPS 的THF溶液在温度降低时荧光强度增加(见图1)。
图1 HPS的THF溶液 在不同温度下的荧光 强度
从蓝光到红光覆盖整个可见波长范围的AIE体系，并利用这些化合物制备出高
效的发光器件和化学生物传感器。
二 聚集诱导发光机理
• 众多研究组通过实验分析和理论计算，已经提出多种 可能的机理，包括:分子内旋转受限、分子内共平面、抑制 光化学或光物理过程、非紧密堆积、形成J-聚集体以及形 成特殊激基缔合物等。事实上，对于每一个分子而言， AIE现象的形成往往是几个原因共同作用的结果。
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• 这些化合物分子结构的共同点是外围芳香族取代基 silole中心以可旋转的单键相连。在溶液中，这些芳香族 取代基绕单键的自由旋转消耗了激发态能量，成为一个非 辐射衰变渠道，导致荧光减弱;而在聚集状态下，由于空间 限制，这种分子内旋转受到了很大阻碍，上述非辐射衰变 渠道被抑制，激发态分子只能通过辐射衰变回到基态，从 而使荧光显著增强。因此他们认为分子内旋转受限 (restricted intramolecular rotation，RIR)是AIE现象产 生的机理。