多芳基1,3-丁二烯的聚集诱导发光性能及其应用研究的进展

聚集诱导发光（AIE）是指分子在稀溶液（分散态）中发光微弱或不发光，而在聚集态时具有荧光或者荧光发射增强的现象。AIE现象有效地解决了绝大多数普通荧光材料“聚集诱导淬灭（ACQ）”的难题，扩大了荧光材料（聚集体状态下）在有机光电器件、化学传感、生物传感等领域的应用。近年来AIE材料已经成为非常活跃的热点研究领域。北京理工大学材料学院的董宇平（点击查看介绍）课题组一直从事AIE材料的新结构设计以及应用开发的研究，率先开展了多芳基吡咯及其衍生物AIE性能的研究，无论是理论还是实际应用已经形成较为完善的体系。从2013年开始，董宇平课题组又开发出多芳基丁二烯（MPB）为核心结构的AIE新体系，通过分子设计、结构优化与性能开发，得到了一系列MPB衍生物，并进一步丰富了AIE机理，拓展了AIE应用领域，其研究工作日益受到国内外同行的关注。相比于四苯基乙烯（TPE），MPB具有更为丰富的异构体，且容易分离与纯化。基于此，受Chemistry - A European Journal杂志主编邀请，该课题组撰写了特邀综述“Aggregation-Induced Emission of Multiphenyl-Substituted 1,3-Butadiene Derivatives: Synthesis, Property and Application”，并已正式发表。

该综述系统地总结了近年来MPB合成及其性能以及应用方面的研究进展。根据芳基数目不同，可以将MPB分为四苯基1,3-丁二烯（TPBs）和六苯基1,3-丁二烯（HPBs）。截至目前，设计合成的绝大多数MPBs体现出典型的AIE性质。

首先，该综述简要总结了MPB衍生物的合成方法。MPB核心结构基本是一步法合成，操作简单，产物的分离与纯化容易。

其次，他们主要从以下三个方面进行了阐述：

（1）AIE机理证实：通过单晶分析等手段，MPBs体系可以进一步证实、完善AIE现有的分子内运动受阻（RIM）机理，即在聚集状态下，分子内转子运动（转动、振动等）受到限制，非辐射能量耗散通道关闭、荧光辐射通道打开，使体系荧光增强；

（2）异构体的性质差异：由于核心结构1,3-丁二烯的存在，MPBs存在(E,E)-、(E,Z)-和(Z,Z)-三种异构体。研究发现，(E,E)-、(E,Z)-和(Z,Z)-HPB-CHO分子的顺反异构在AIE性能、热力学性能、力致变色等不同方面的响应明显不同，进一步确定了“结构-性能”之间的关系；

（3）开发了所得系列MPB化合物在化学/生物传感方面的应用：基于MPBs的AIE特性，其可以应用于力致变色智能响应、有毒气体检测、金属离子检测以及温度智能响应等领域。举例来说，在生物传感领域，吡啶取代的TPB可以对γ-球蛋白进行特异性的点亮型检测，检测限可达7.89 μg/mL；在化学传感领域，噻吩取代的TPB和吡啶取代的HPB分别可以检测三价铈离子和汞离子，具有检测响应速度快和检测特异性强的优点；丙二腈取代的HPB制备成试纸可以对浓度为ppt级别的有机胺蒸汽实现肉眼可观测的检测；含羧基的TPB形成的MOF对爆炸物（NTO）的检测限达到6.5 ng/cm²。

MPBs的发展为AIE分子库增加了一位新成员，极大丰富了AIE研究的广度。在综述的最后，作者提出了MPBs体系的发展趋势以及面临的问题，并对其应用前景进行了展望。该综述对从事AIE研究以及相关领域的科研工作者有着十分重要的参考和借鉴意义。

该论文作者为：Yahui Zhang, Huiling Mao, Weiquan Xu, Jianbing Shi, Zhengxu Cai, Bin Tong, Yuping Dong

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Aggregation-Induced Emission of Multiphenyl-Substituted 1,3-Butadiene Derivatives: Synthesis, Property and Application

Chem. Eur. J., 2018, 24, 15965, DOI: 10.1002/chem.201802114

导师介绍

董宇平

http://www.x-mol.com/university/faculty/50083