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唐本忠院士团队深圳大学AIE中心王东副教授《Chem. Soc. Rev.》:基于聚集诱导发光分子的超分子发光材料:构建与应用
2020-02-23  来源:高分子科技

  超分子化学是研究多个简单的小分子通过分子间相互作用力形成有序聚集体的科学,它不仅提供了对生命体形成和生命活动的深入认识,还创造了全新的“自下而上”的纳米材料制备方法,大大推动了了纳米科技的发展。作为重要的纳米材料之一,发光纳米材料在光学器件,传感器以及诊断治疗和材料的基础性能研究方面具有非常重大的意义。通常,超分子发光材料都是由有机共轭平面分子来构建的,虽然平面结构有利于分子形成有序结构。但是,由于π-π相互作用,形成的超分子材料发光效率低下,甚至荧光猝灭。在聚集态荧光猝灭(ACQ)的现象限制了超分子发光材料的应用和发展,是超分子发光材料领域亟待解决的问题。

  2001年,唐本忠院士首次发现了具有“聚集诱导发光(AIE)”的性能的分子。这些分子在游离态或者单分子态的荧光强度很微弱,甚至不发光;在聚集态或固态状态,反而具有显著的荧光强度。不同于平面共轭分子,这些AIE分子通常具有螺旋形的或者扭曲的空间结构。在游离态,分子内的芳香环可以自由转动或者振动,激发态的能量以分子内的运动而耗散,因此,AIE分子在激发态不发光。在聚集态,分子内的运动在空间上受到限制,激发态的能量以荧光的形式耗散,因而具有显著的发光强度。这个聚集态发光的性质解决了传统超分子发光材料的荧光猝灭问题,实现高效发光超分子材料提供了可能。同时,结合超分子材料自身的动态结构和可逆性,AIE超分子材料开辟了“turn-on”分子传感器,广泛应用于生物化学检测方面。并且,借助AIE分子,超分子材料的组装、形成以及转变过程可以实现可视化观测,加深了对超分子化学的基础认识,丰富了超分子化学的基本理论。经过多年的发展,一系列结构各异,发光颜色多样的AIE分子被发现和报道,AIE分子的出现大大促进了超分子发光材料的发展。

  AIE分子空间上非平面性的结构,使其具有聚集态发光的性质,但是也阻碍了AIE分子相互作用而形成有序的超分子材料。近日,唐本忠院士团队深圳大学AIE研究中心王东副教授等总结与分析了目前以报道的AIE超分子材料,提出了化学修饰聚集能力强的基团到AIE分子上,或者将AIE分子引入现有的超分子体系,使AIE分子自组装而形成超分子发光材料。文中作者从主客体体系、有序组装体体系和大分子体系三个方面来讲述AIE分子如何来构建超分子材料,并且,系统而全面地介绍了AIE超分子材料在传感器、纳米医学、机理研究和功能发光材料等方面的应用。最后,作者对AIE超分子发光材料的挑战和前景进行了分析展望,提出了构建近红外超分子发光材料,刺激响应超分子材料以及诊疗一体化材料等新的机遇。

图1. AIE超分子发光材料的构建与应用,包括主客体、有序聚集体和大分子等构建体系,以及生物化学传感器、诊疗一体化材料、生物成像、光捕获材料等领域的应用。

  以上相关成果发表在Chem. Soc. Rev.上。论文第一作者为深圳大学李杰博士,通讯作者为香港科技大学唐本忠院士和深圳大学AIE研究中心王东副教授

  原文信息:Jie Li, Jianxing Wang, et. al. Supramolecular materials based on AIE luminogens (AIEgens): construction and applications, Chem. Soc. Rev., 2020. DOI: 10.1039/c9cs00495e

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