唐本忠院士课题组致力于聚集诱导发光机理的探究,新的聚集诱导发光体系的开发,以及聚集诱导发光材料的应用研究。
发现:传统的荧光生色团在高浓度下荧光会减弱甚至不发光,这种现象被称作“浓度猝灭”效应。浓度猝灭的主要原因跟聚集体的形成有关,故浓度猝灭效应通常也被叫做“聚集导致荧光猝灭(aggregation-caused quenching, ACQ)”。2001年,唐本忠课题组发现了一个奇特的现象:一些噻咯分子在溶液中几乎不发光,而在聚集状态或固体薄膜下发光大大增强。因为此发光增强是由聚集所导致的,故我们形象地将此现象定义为“聚集诱导发光(aggregation-induced emission, AIE)”。
机理:HPS(六苯基噻咯,如图1B)是一个典型的AIE荧光分子。在溶液状态下,HPS分子外围的苯环可以通过单键绕中心的噻咯自由旋转,这个过程以非辐射的形式消耗了激发态的能量,导致荧光减弱甚至不发光。在聚集状态下,HPS分子的“螺旋桨”式的构型可以防止π-π堆积,抑制荧光猝灭;同时由于空间限制,HPS分子内旋转受到了很大阻碍,这种分子内旋转受限抑制了激发态的非辐射衰变渠道,打开了辐射衰变渠道,从而使荧光增强。因此,我们认为“分子内旋转受限(restriction of intramolecular rotations, RIR)”是AIE现象产生的主要原因。为了验证这个假设,我们通过改变外部环境(降低温度、增大黏度和施加压力等),或者修饰内在分子结构(利用共价键等作用锁住外围的转子),使分子内旋转不容易进行。结果显示,在这些条件下,AIE分子同样表现出荧光增强的特性,证明了分子内旋转受限的确是导致荧光增强的原因,即RIR是AIE现象产生的主要机理。