天津大學「NSR」觀點：「聚集誘導發光」促進聚集態化學發展

2020-09-14 小材科研

光是構成人類文明的重要組分，而發光分子則是產生光的基石。聚集誘導發光(Aggregation-induced emission, AIE)開創了有機發光材料研究的新格局。近日，天津大學李振教授應《國家科學評論》（National Science Review，簡稱NSR）邀請，撰寫展望(Perspective)文章《Approaching aggregated state chemistry accelerated by aggregation-induced emission》，介紹聚集誘導發光的發展歷史，AIE理念對發光分子設計的影響、需要解決的問題與對聚集態學科的引領作用。

文章首先回顧了AIE理念的發展歷程。很多傳統的螢光材料受到「濃度猝滅(Aggregation-caused quenching, ACQ)」效應的困擾。2001年，唐本忠院士在研究噻咯(Silole)的過程中發現了AIE現象。與ACQ相反，AIE材料在稀溶液中幾乎不發光，而在聚集態的發光非常強。通過一系列實驗與理論方面的研究，分子內運動受限(Restriction of intramolecular motion, RIM)被證明為AIE現象產生的主要原因。隨後，大量的AIE分子被報導，其發射波長已經覆蓋整個紫外-可見光波段，並且已經延伸到近紅外區域。AIE材料在細胞與組織成像、化學傳感、力刺激響應、光電器件等領域表現出了極高的應用價值。

(a)螢光素的ACQ與(b) HPS的AIE現象

尤為重要的是，AIE理念深刻地影響並啟發了有機發光分子的設計，促使研究者探究聚集態分子的堆積模式與光物理過程。在聚集狀態下，分子的運動受到抑制，同時分子之間的相互作用增強，這兩種因素使分子在聚集態表現出奇特的發光性質。AIE化合物扭曲的空間構型抑制了聚集態下緊密的π-π堆積與無輻射躍遷，從而增強其發光性能。因此聚集並非不利於發光，通過合理的分子設計可以有效提高聚集態發光效率，這為高效發光分子的設計提供了新的思路。

基於此，李振教授於2018年提出「MUSIC」(Molecular Uniting Set Identified Characteristic)理念，強調聚集態的光物理性質應該從分子的空間構型與堆積方式綜合考察，屬於聚集態化學(Aggregated state chemistry)研究範疇。近年來，新穎的聚集態發光現象：有機室溫磷光(Room-Temperature Phosphorescence, RTP)與力致發光(Mechanoluminescence, ML)成為研究熱點。這兩類材料體現了聚集態緊密堆積作用對發光性能的影響，如聚集態使三線態激子得到穩定與對力的刺激產生光響應，在顯示、傳感、防偽、組織成像等領域展現出極大的應用價值。隨著對聚集態物理化學性質研究的進一步深入，更多奇特的發光性質將被逐漸發現，相關理論研究也日臻完善。

左：典型的AIE化合物TPE、TPP與HPS，以及AIE主要的應用領域；右：聚集態科學研究課題：室溫磷光（RTP）與力致發光（ML）。

該展望文章通訊作者是李振教授，第一作者是天津大學分子聚集態科學研究院青年教師謝育俊。《國家科學評論》（National Science Review）是我國英文版科技學術綜述性期刊，旨在報導中國和世界各地科學技術的前沿發展。該雜誌涵蓋了自然科學的所有領域，包括物理和數學、化學、生命科學、地球科學、材料科學和信息科學。根據Journal Citation Reports（Clarivate Analytics，2019），NSR的影響因子為13.222。

來源：天津大學

文章連結：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa199

相關焦點

  • NSR觀點:「聚集誘導發光」促進聚集態化學發展
    本站訊（通訊員 高寧）光是構成人類文明的重要組分，而發光分子則是產生光的基石。聚集誘導發光(Aggregation-induced emission, AIE)開創了有機發光材料研究的新格局。近日，我校李振教授應《國家科學評論》（National Science Review，簡稱NSR）邀請，撰寫展望(Perspective)文章《Approaching aggregated state chemistry accelerated by aggregation-induced emission》，介紹聚集誘導發光的發展歷史，AIE理念對發光分子設計的影響、需要解決的問題與對聚集態學科的引領作用
  • 天津大學李振《NSR》觀點：「聚集誘導發光」促進聚集態化學發展
    光是構成人類文明的重要組分，而發光分子則是產生光的基石。聚集誘導發光(Aggregation-induced emission, AIE)開創了有機發光材料研究的新格局。>》，介紹聚集誘導發光的發展歷史，AIE理念對發光分子設計的影響、需要解決的問題與對聚集態學科的引領作用。
  • 了解「聚集誘導發光」（AIE）和「聚集態化學」
    近年來，聚集誘導發光(Aggregation-induced emission, AIE)開創了有機發光材料研究的新格局。介紹了AIE的發展歷史，指出了AIE理念對發光分子設計的影響、需要解決的問題與對聚集態學科的引領作用。
  • 高導電性和高量子效率NDI聚集誘導發光材料
    重慶大學譚陸西副教授課題組與北京化工大學顧星桂教授課題組合作，將傳統高電子遷移率的半導體分子萘四醯二亞胺（NDI）與聚集誘導發光（AIE）模塊三苯乙烯結合，設計製備了一個兼具高載流子遷移率及強近紅外固體發光的雙極性有機半導體材料，其在生物成像中展現出了良好的穿透性。
  • Feature Article|聚集誘導發光材料在有機光電器件中的應用
    標題 | 聚集誘導發光材料在有機光電器件中的應用Promising applications of aggregation-induced emission傳統發光材料在溶液態具有優異的發光性能，但是在聚集態由於分子間的強相互作用，往往會導致發光猝滅，從而嚴重影響器件性能，制約了發光材料在光電器件中的應用，也影響了有機光電產業的發展。
  • 中科院院士唐本忠走進香港科大實驗室 揭秘中國原創「聚集誘導發光」
    唐本忠院士致力於聚集誘導發光（AIE）機理的探究，2016年《自然》期刊將AIE列為支撐未來納米光革命的四大納米材料之一，且是其中唯一一個由中國科學家原創的新材料體系。AIE分子材料有如競賽場上的 「全能運動員」，可應用在物料、醫療、病毒檢測、食品質量監測等多個範疇，具有極大的潛在商機。　　一、光學研究對人類有多重要？
  • 中科院院士唐本忠走進香港科大實驗室,揭秘中國原創「聚集誘導發光」
    唐本忠院士致力於聚集誘導發光（AIE）機理的探究，2016年《自然》期刊將AIE列為支撐未來納米光革命的四大納米材料之一，且是其中唯一一個由中國科學家原創的新材料體系。AIE分子材料有如競賽場上的 「全能運動員」，可應用在物料、醫療、病毒檢測、食品質量監測等多個範疇，具有極大的潛在商機。一、光學研究對人類有多重要？
  • 聚集誘導發光納米仿生機器人研究獲進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所納米醫療技術研究中心研究員蔡林濤、副研究員張鵬飛、研究員龔萍、博士鄧冠軍等，與香港科技大學教授、中科院院士唐本忠以及湘潭大學教授陳華傑合作，研發出一種基於聚集發光元件的AIE納米仿生機器人系統，用於血腦屏障穿越及腦膠質瘤靶向診療。
  • 全量子力學方法定量預測分子聚集誘導發光材料的吸收與發射光譜
    聚集誘導發光（Aggregation Induced Emission, AIE）材料由於其獨特的發光性質成為了近些年來材料研究領域明星材料，而對其機理和相關理論設計的也是重要的課題。雖然QM/MM方法的計算為聚集態發光體系的理論研究做出了巨大貢獻，但是由於其模型的局限性，對聚集態體系的量子效應的考慮並不完全，所以對分子聚集態體系的光譜的高精度預測仍然非常困難。因此，目前利用第一性原理計算對AIE進行精確理論預測並指導設計是一件非常具有挑戰性的課題。
  • Angew:位阻型二芳基乙烯體系的雙聚集誘導發光機制
    目前普遍認為聚集誘導發光工作機制的核心是分子內運動受限 (RIM)，包括分子內旋轉受限 (RIR) 和分子內振動受限 (RIV)。深入了解其工作機理不僅具有重要的基礎性意義，而且有助於發展新型 AIE 體系和拓寬實際應用。光信號具有獨特的非侵入、時空解析度高和可逆等眾多優點，然而目前具有光響應的多模式 AIE 體系仍有待進一步發展。
  • 我國科學家研發出聚集誘導發光納米仿生機器人系統
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所納米醫療技術研究中心研究員蔡林濤、副研究員張鵬飛、研究員龔萍、博士鄧冠軍等，與香港科技大學教授、中科院院士唐本忠以及湘潭大學教授陳華傑合作，研發出一種基於聚集發光元件的AIE納米仿生機器人系統，用於血腦屏障穿越及腦膠質瘤
  • 聚集誘導發光:昨天,今天與明天丨對話科學家
    以往對發光分子的處理，都是儘可能避免分子聚集。與之相反，AIE效應則利用分子的聚集來促進分子發光。與傳統聚集導致猝滅（ACQ）分子相反，具有AIE特點的發光團通常在孤立體系或者溶液體系中不發光或者發微弱的光。但是，當這些AIE分子聚集時，其發光現象得以增強。AIE概念提出後，分子的設計與開發和AIE機制的深入研究並行開展。在此後二十年，吸引了國內外眾多研究工作者的眼球，並掀起研發熱潮。
  • 聚集誘導發光提高發光效率—新聞—科學網
    聚集誘導發光材料的高技術應用示例 光在人類生活和文明進程中不可或缺，近代光學研究的重大進展多與發光材料有關
  • 深圳先進院等在聚集誘導發光納米仿生機器人研究中取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所納米醫療技術研究中心研究員蔡林濤、副研究員張鵬飛、研究員龔萍、博士鄧冠軍等，與香港科技大學教授、中科院院士唐本忠以及湘潭大學教授陳華傑合作，研發出一種基於聚集發光元件的AIE納米仿生機器人系統，用於血腦屏障穿越及腦膠質瘤
  • ...科學獎一等獎「聚集誘導發光」:聚集七彩螢光 打造「品牌分子」
    國家自然科學獎一等獎獲獎項目「聚集誘導發光」解讀　　1月8日的國家科學技術獎勵大會上，香港科技大學教授唐本忠團隊的「聚集誘導發光」項目獲得國家自然科學獎一等獎。這是一個什麼樣的成果？它能給我們的生活帶來哪些改變？請看經濟日報記者深入採寫的報導　　顛覆經典的發現　　HPS高顏值分子推翻光物理學常識，形成AIE現象——「聚集誘導發光」　　唐本忠院士愛笑，也愛美。
  • 國家自然科學獎一等獎「聚集誘導發光」:聚集七彩螢光 打造「品牌...
    國家自然科學獎一等獎獲獎項目「聚集誘導發光」解讀中國科學院院士、香港科技大學教授唐本忠向記者展示實驗室中製備的裝在玻璃小瓶中的AIE材料粉末，它們在紫光燈照射下可以發出強烈螢光。AIE材料的技術應用AIE材料：越聚集，越發光！
  • 唐本忠院士2019年成果精選:引領「聚集誘導發光」領域閃耀頂刊
    1985年和1988年分別獲日本京都大學碩士、博士學位。曾在多倫多大學從事博士後研究，於日本NEOS公司中央研究所任高級研究員。1994年至今任香港科技大學助理教授、副教授、教授、講座教授。2009年當選中科院院士。2012年起受聘為華南理工大學雙聘院士。
  • 為什麼會聚集誘導發光?「Angew」直觀闡釋AIE的原因
    「聚集誘導發光（aggregation-induced emission，AIE）」現象自2001年被唐本忠教授研究團隊以專用名詞形式提出以來（J. Luo, Z. Xie, J. W. Y. Lam, L. Cheng, H. Chen, C. Qiu, H. S. Kwok, X. Zhan, Y. Liu, D. Zhu, B. Z. Tang, Chem.
  • 「Angew」華東理工：功能染料組裝誘導發光研究新進展
    近日，華東理工大學費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心的馬驤教授團隊基於前期通過超分子組裝手段調控振動誘導發光（vibration-induced emission，VIE）的研究, 將手性環已二胺單元引入到VIE分子中，利用VIE分子的雙發射、大斯託克斯位移和環境敏感等特點，對從動力學亞穩態到熱力學穩態的組裝過程進行實時的可視化監測
  • Chemical Science天津大學:分子二聚體在純有機室溫磷光 (RTP) 中的作用
    近日，天津大學分子聚集態科學研究院研究團隊在英國皇家化學會旗艦期刊Chemical Science上發表論文Persistent organic