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現并提出了聚集誘導發光(Aggregation-Induced Emission, AIE)概念,顛覆了傳統認識,之后相關研究與應用得到了蓬勃發展,至今,已開發了具有極其廣泛和重要應用價值的AIE新材料。作為聚集誘導發光材料的一個重要發展方向,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光性能的影響,歸納提出了聚合誘導發光(Polymerization-Induced Emission,PIE)。
圖1. 典型的聚合誘導發射基團。
作者根據已報道的非共軛熒光聚合物的結構,將它們歸納為含苯環和不含苯環兩類。針對含苯環的非共軛熒光聚合物,分別從聚合物的拓撲結構、聚集態結構及分子量三個方面總結了聚合物結構對熒光性質的影響;針對不含苯環的非共軛熒光聚合物,主要從誘導簇產生的直接原因展開討論,結合誘導聚合物發光的雜原子基團種類(含叔胺結構、氰基結構、羰基結構、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光機理。總體上,通過雜原子或苯環的空間共軛產生電子離域,實現了電子的n-π* 、π–π*躍遷,誘導簇發光。總結了聚合誘導發光的特征,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”結構和機制研究的困難和可能方向。
圖2. 聚合誘導發光示意圖。(A)PIE聚合物的聚合反應:連鎖聚合提供側基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光特征如下:
1)非共軛熒光聚合物熒光的產生以及強度依賴于聚合度,同時也是簇產生的基本條件;
2)聚合物結構的多樣性(構型、構象、拓撲結構、分子量、分子量分布和聚集態等)賦予了熒光發射的多樣性。
因此,基于近20年來不斷涌現的新聚合方法和新的聚合物,聚合誘導發光有望進一步擴展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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