聚集诱导发光机理精梳版.ppt
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ppt课件
2020/4/29
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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
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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。
聚集诱导发光分子介绍2020413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aggregationcausedquenchingacq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
聚集诱导发光机理
质最为突出的一个分子。
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•
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。
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•
Lai等研究了四苯基噻吩(化合物12)及其2位苯环被二
出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。
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二 聚集诱导发光机理
聚集诱导发光性质
聚集诱导发光性质
答：聚集诱导发光性质是：有一种聚集诱导发射的新现象即一系列在溶液中没有荧光的发光体通过形成聚集体而表现出很强的荧光。
四苯乙烯及其衍生物是最常见的研究的最多的作为AIE基团的结构单元之一。
其自身的结构性质如在不良溶剂中容易聚集导致发射增强，易于制备，易于官能团化，并且具有很好的光稳定性，这一系列优异的性质使得他们在众多领域中应用自如。
将TPE单元与聚集诱导猝灭型的荧光团结合，可以消除聚集诱导猝灭作用的影响，这种方法在将弱发射荧光团转化为AIE活性的一些研究取得了成功。
基于AIE的新现象，我们以aza-BODIPY为母体，通过引入聚集诱导发光(AIE)活性基团四苯乙烯（TPE)，对两种四苯乙烯基取代的aza-BODIPY进行了聚集诱导发光性质的初步探究。
根据紫外吸收光谱和荧光发射光谱测试结果，初步判断四苯乙烯基取代的aza-BODIPY有一定的聚集诱导发光的性质，在乙醇在溶液中比例为10%时荧光增强的趋势，在乙醇在溶液中比例为20%时也有荧光增强的趋势。
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。
聚集诱导发光机理ppt课件
• 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
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• 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 。 （b）外加压力的变化(以AlQ3作为 对照)
• 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。
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• 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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•
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
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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
聚集荧光淬灭(ACQ)和聚集诱导发光(AIE)机理研究
目录第一章绪论 (4)1.1有机发光材料应用介绍 (4)1.2 ACQ效应和AIE效应 (4)1.2.1 聚集荧光淬灭效应(aggregation-caused quenching, ACQ)介绍 (4)1.2.2 聚集诱导发光效应(aggregation-induced emission，AIE)介绍 (5)1.3 ACQ和AIE效应研究进展 (6)1.4 课题的提出与设计 (6)1.4.1 课题的提出 (6)1.4.2 课题的具体设计 (6)1.4.3 实验目标 (7)第二章实验部分 (8)2.1合成SB1和SB2 (8)2.2 SB1的光物理性质与ACQ性质 (8)2.3 SB2的光物理性质和AIE性质 (10)2.4 SB1和SB2的荧光pH值传感应用 (12)第三章理论研究部分 (13)3.1 理论研究分析方法 (13)3.2 分子结构/排列对SB1光学性质及ACQ性质的影响 (13)3.3分子结构/排列对SB2光学性质及AIE性质的影响 (15)3.4 结果分析 (17)第四章总结与展望 (18)4.1 论文总结 (18)4.2 有待进一步解决的问题 (19)第五章致谢 (19)第六章附录 (20)5.1 所用试剂，仪器与软件信息 (20)5.2 参考文献 (21)聚集荧光淬灭（ACQ）和聚集诱导发光(AIE)机理研究Mechanism Study of Aggregation-caused Quenching(ACQ) and Aggregation-induced Emission (AIE)专业：应用化学摘要：对于绝大多数传统的有机发光材料，当处于聚集态时，出现荧光猝灭的现象，我们称之为聚集荧光淬灭效应(aggregation-caused quenching, ACQ)。
而近年来，随着科学技术的不断发展，化学家们发现了一种发光性质截然相反的荧光材料。
这种发光材料在稀溶液中几乎不发光，反而在聚集态下表现出很强的荧光，并把它命名为聚集态诱导发光效应(aggregation-induced emission，AIE)。
聚集诱导发光机理研究
known as aggregation-caused quenching （ ACQ ） . The ACQ effect prevents many fluorophores from finding aggregation-state applications. In contrast ，a group of fluorophores is weakly luminescent or even nonluminescent in isolated state but highly emissive in aggregate state. Aggregation-induced emission （ AIE ） was coined for this novel phenomenon. Because of their unique advantages ，more and more new AIE systems with emission colors covering the entire visible spectral region were developed by numerous research groups. Their applications as solid-state emitters and chemo / bio-sensors were explored widely and deeply. Deciphering the working principle of the AIE phenomenon is of great value in terms of helping gain new photophysical insights and guide further efforts in the development of new AIE materials with high luminescence efficiencies. However ，whilst the mature theories to explain the ACQ effect had been written into textbooks ，the “abnormal ”AIE phenomenon still poses a challenge to our current understanding of solid-state luminescence. In this review ，we summarize the accessible mechanisms for the AIE phenomenon ，such as restricted intramolecular rotation （ RIR ） ，intramolecular coplanarization ，inhibition of intramolecular photochemical or photophysical process ， relatively loose molecular packing ， J-aggregate formation ，and special excimer formation. Particularly ，we emphasize on the description of RIR mechanism ，which is the most universal and best studied one among the proposed mechanisms. In addition ，some new AIE systems
聚集诱导发光材料的应用
聚集诱导发光材料的应用《神奇的聚集诱导发光材料》嘿，小伙伴们，你们知道有一种超级神奇的东西叫聚集诱导发光材料吗？反正我之前是不知道的，直到有一天在科学课上老师给我们讲了，我才发现这玩意儿简直太酷啦！就好像我们在黑暗中迷路，突然有人点亮了一盏明灯，这聚集诱导发光材料就是那盏明灯！它在好多好多地方都大显身手呢！比如说在医疗领域，它就像是一位默默守护的小天使。
想象一下，医生们要是把这种材料做成特别的药剂，注入到我们的身体里，那可不得了！当这些材料聚集在生病的地方，就会发出亮光，医生不就一下子能看到哪里出问题了吗？这难道不比大海捞针容易多啦？“这难道不是超级厉害的吗？”还有在生物研究方面，它就像一个神奇的魔法棒。
科学家们用它来追踪细胞的活动，就好像我们在玩捉迷藏，能清楚地看到细胞们都藏在哪里，在干什么。
“这难道不有趣吗？”在显示技术领域，它也是大放异彩。
咱们平时用的手机屏幕、电视屏幕，如果用上这种材料，那画面得多清晰、多鲜艳啊！就好像从黑白照片一下子变成了五彩斑斓的画卷。
我还听说，在安全检测方面它也功不可没。
比如在一些危险的化工厂，要是哪里有泄漏，这种材料就能发出警报，及时提醒大家，避免危险的发生。
这难道不是像一个勇敢的卫士在时刻守护着大家吗？有一次，我和小伙伴们讨论这个神奇的材料，小伙伴小明瞪大眼睛说：“哇，要是以后我们的书包上都能用这种材料，晚上走夜路也不怕啦！”另一个小伙伴小红也兴奋地插话：“对呀对呀，那晚上出去骑自行车也安全多了！”你看，这聚集诱导发光材料是不是特别神奇？它就像一个无所不能的超级英雄，在各个领域发挥着重要的作用，给我们的生活带来了好多好多的便利和惊喜。
我觉得呀，未来这种材料肯定还会有更多更厉害的应用，说不定能让我们的生活变得像科幻电影里一样精彩呢！。
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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。
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• 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。
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 。
（b）外加压力的变化(以AlQ3作为 对照)
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11
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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
聚集诱导发光机理
学生: 指导教师：
2020/9/21
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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
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1
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。
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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
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•
可见silole环并不是形成AIE现象的必要条件。一个分
子的结构中只要外围有多个可旋转芳香族取代基与一个共
轭中心相连，就会产生RIR效应，从而很可能表现出AIE性
质。
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• 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。
苯基喹啉取代的衍生物(化合物19)的发光行为。在THF和
水的混合溶剂中，随着水的比例从0增加到90%，化合物
12的荧光量子产率从0.23%提高到41%，增大了178倍;而
化合物19的荧光量子产率几乎不变，维持在34%-36%(见
图4)。
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(a)化合物12在THF/水混合溶剂中 不同水含量下的荧光量子产率
出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。
.....
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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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• 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。
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• 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
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9
• 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
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10
• Fan等测量了HPS薄膜在不同外加压力下的荧光光谱 。
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(b)化合物19在THF/水混合溶
剂中不同水含量下的荧光量子
产率
19
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Qin等将化合物20中两个可旋转的苯环用一个单键固
定，得到化合物21。化合物20具有显著的AIE性质，而分
子内旋转被禁止的21在溶液中发光较强，在聚集态下则因
平面结构形成π-π堆积而使荧光减弱，表现为ACQ。
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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。
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21
• 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。
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13
• 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。
质最为突出的一个分子。
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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。
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18
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Lai等研究了四苯基噻吩(化合物12)及其2位苯环被二
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
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四 聚集诱导发光分子介绍
• 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。
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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