2001年,香港科技大學、華南理工大學唐本忠院士課題組首次發(fā)現(xiàn)并提出了聚集誘導發(fā)光(Aggregation-Induced Emission, AIE)概念,顛覆了傳統(tǒng)認識,之后相關研究與應用得到了蓬勃發(fā)展,至今,已開發(fā)了具有極其廣泛和重要應用價值的AIE新材料。作為聚集誘導發(fā)光材料的一個重要發(fā)展方向,非共軛熒光聚合物(Non-conjugated luminescent polymers,NCLPs)近年來逐漸得到了很多研究者的廣泛重視。
近日,香港科技大學唐本忠院士(通訊作者),浙江大學張興宏教授(通訊作者),中北大學劉斌博士(第一作者),香港科技大學張浩可博士(共同一作)等在Materials Horizons上總結(jié)了近年來非共軛熒光聚合物的研究進展,討論了聚合對所得聚合物材料發(fā)光性能的影響,歸納提出了聚合誘導發(fā)光(Polymerization-Induced Emission,PIE)。
圖1. 典型的聚合誘導發(fā)射基團。
作者根據(jù)已報道的非共軛熒光聚合物的結(jié)構(gòu),將它們歸納為含苯環(huán)和不含苯環(huán)兩類。針對含苯環(huán)的非共軛熒光聚合物,分別從聚合物的拓撲結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及分子量三個方面總結(jié)了聚合物結(jié)構(gòu)對熒光性質(zhì)的影響;針對不含苯環(huán)的非共軛熒光聚合物,主要從誘導簇產(chǎn)生的直接原因展開討論,結(jié)合誘導聚合物發(fā)光的雜原子基團種類(含叔胺結(jié)構(gòu)、氰基結(jié)構(gòu)、羰基結(jié)構(gòu)、亞砜、砜、硫酰胺、醚),從空間位阻、氫鍵效應、配位效應等角度概述了此類非共軛熒光聚合物的發(fā)光機理。總體上,通過雜原子或苯環(huán)的空間共軛產(chǎn)生電子離域,實現(xiàn)了電子的n-π* 、π–π*躍遷,誘導簇發(fā)光。總結(jié)了聚合誘導發(fā)光的特征,引出對此類聚合物中“簇”(概念、形成方式、尺寸、分布等)的進一步思考,提出此類“簇”結(jié)構(gòu)和機制研究的困難和可能方向。
圖2. 聚合誘導發(fā)光示意圖。(A)PIE聚合物的聚合反應:連鎖聚合提供側(cè)基PIEgens;逐步聚合提供主鏈PIEgens或者新的PIEgens;(B)具有典型空間共軛PIEgens的詳細PIE示意圖。
所提出的聚合誘導發(fā)光特征如下:
1)非共軛熒光聚合物熒光的產(chǎn)生以及強度依賴于聚合度,同時也是簇產(chǎn)生的基本條件;
2)聚合物結(jié)構(gòu)的多樣性(構(gòu)型、構(gòu)象、拓撲結(jié)構(gòu)、分子量、分子量分布和聚集態(tài)等)賦予了熒光發(fā)射的多樣性。
因此,基于近20年來不斷涌現(xiàn)的新聚合方法和新的聚合物,聚合誘導發(fā)光有望進一步擴展AIE的疆界,將AIE概念應用擴展到通用聚合物材料中。
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