长春应化所刘顺杰研究员与香港科大唐本忠院士：聚集诱导发光——研究高分子科学的新方法
自Staudinger提出高分子概念以来，高分子的应用已遍及人们的衣食住行和国民经济的各个领域。它们的合成过程、相分离、结晶过程、链段运动等会显著影响材料的性能。然而，传统表征手段如示差扫描量热法、傅里叶红外光谱、凝胶渗透色谱、质谱和核磁共振等，无法直接“看到”这些表征过程。“Seeing is believing”, 如何可视化这些过程有利于深层次理解高分子材料的构效关系。荧光成像技术具有灵敏度高、响应快及非入侵性等优点，有望应用于上述领域。但是传统有机荧光分子在稀溶液下具有较高的发光效率，但在聚集态时由于分子间相互作用增强了非辐射能耗，表现为发光效率降低甚至不发光，即产生聚集导致发光淬灭（aggregation-caused quenching, ACQ）现 象。此外， ACQ分子一般具有平面大共轭结构，这种结构会显著降低体系对外界刺激的灵敏度。故在一定程度上限制了荧光技术在高分子领域的应用。
2001年，唐本忠院士发现了一种反常的光物理现象：聚集诱导发光（aggregation-induced emission, AIE）。AIE分子在溶液状态下微弱发光甚至不发光，但在固态或聚集态下荧光显著增强（图1a）。经过大量实验验证和理论模拟，分子内运动受限（restriction of intramolecular motion, RIM）被认为是解释AIE现象的最佳原理。根据该机理，聚集并不是荧光增强的必要条件，其他使AIE分子结构硬化的因素，例如黏度、低温及超分子相互作用等，都可以实现荧光增强。值得注意的是，由于AIE分子富含分子转子，其对外界微环境的变化格外敏感. 此外， AIE分子的发光强弱与其分子内运动息息相关。因此，通过AIE分子荧光的强度变化就可以推断出微环境的变化。
此外，除了分子运动响应性，给/受体型AIE分子还具有极性响应特性，即扭曲的分子内电荷转移（twisted intramolecular charge transfer, TICT）性质(图1b)。由于TICT效应，AIE分子的发射波长会随着环境极性的增加而增长(图1c)。因此，具有TICT性质的AIE分子不但可以利用发光强度(RIM机理)，还可以利用发射波长变化(TICT机理)来监测外界刺激，显著扩大了AIE的应用范围。
原文链接：
http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20210013liushunjie.pdf
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