Advanced Materials:高性能聚集诱导发光分子的精确设计

荧光技术的发展给人们的生活带来了翻天覆地的变化。在过去的几个世纪,大量的天然和合成荧光材料得到了广泛的利用。其中,对光学材料的特定特性进行精确的分子设计一直是至关重要的课题,这需要我们对光学材料的结构-特性关系有深刻的理解。2001年,唐本忠院士首次提出了聚集诱导发光(AIE)概念。与传统荧光分子所具有的聚集荧光猝灭(ACQ)性质相反,具有AIE效应的荧光分子(AIEgen)在单分子状态下几乎没有荧光,在聚集状态下发光效率大大提高。AIE分子的独特性质引发了许多创新的科学研究。大量的AIE分子被设计并应用于光学设备,发光传感器,生物成像和光动力学治疗等领域。同时,最新的研究结果表明AIE的机理是基于对激发态分子运动或结构变化的限制,这有利于高性能光学材料的设计。例如,由AIE分子制备的有机AIE纳米点(AIE dots)的发光效率和物理稳定性均优于无机量子点;具有AIE特性的延迟荧光非掺杂有机发光二极管的外部量子效率已经接近理论极限; AIE分子的高固体发光效率使得机械发光和机械致变色材料的机械响应更加明显;室温磷光材料在AIE分子设计理念的引导下达到了良好的量子效率;AIE光敏剂与传统光敏剂相比具有更高的发光效率和更好的光敏性质。

最近几年,AIE分子在合成和应用领域取得了快速发展。最近,新加坡国立大学刘斌课题组对AIE分子在不同应用中所需各种特性的分子设计进行了系统性的归纳总结,并提供了相应的分子精确设计原理和准则,具体内容包括以下七个方面:1)如何为有效的生物医学应用设计具有长波长吸收/发射的AIE分子; 2)如何获得高固体量子产率,以提供更好的器件性能和成像质量;3)如何在太阳能电池和光疗应用中实现高的摩尔吸收;4)如何提高光子吸收(2PA)横截面,以进行精确的成像和治疗; 5)如何微调单重态-三重态的能隙,以实现较高的系统间穿越(ISC)率,生成高效的三重态材料,例如光敏剂,延迟的荧光和磷光材料; 6)如何利用AIE现象设计高对比度的机械致变色和摩擦发光材料; 7)如何微调固态的分子堆积,以提高光声(PA)成像和光热疗法(PTT)的效果。最后,该综述还对AIE分子的应用前景进行了总结和展望。

相关论文以“Precise Molecular Design for High‐Performance Luminogens with Aggregation‐Induced Emission”为题,在线发表在Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201903530)上。