综述:RIV型AIEgens:进展、结构与功能

《Coordination Chemistry Reviews》:RIV-type AIEgens: progress, structures and functionalities

【字体: 时间:2025年12月05日 来源:Coordination Chemistry Reviews 23.5

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  AIE发光材料中受限振动机制(RIV)的研究进展、结构分类及多领域应用分析,系统梳理了RIV型AIEgen的发展历程、四类几何构型特征及其在智能材料、生物成像、OLED等领域的创新应用,并探讨了合成挑战与未来方向。

  
Jia-Wen Tian|Xiao-Man Xu|Jun-Wei Zheng|Yuan-Yuan Liu|Kai Li|Shuang-Quan Zang
教育部郑州大学特殊环境功能材料重点实验室,河南晶体分子功能材料重点实验室,郑州大学化学学院,中国郑州450001

摘要

聚集诱导发光(AIE)是一种光物理现象,其中聚集状态下的分子比分散状态下的分子具有更强的发光能力。分子内振动限制(RIV)是设计AIE分子的关键且被广泛认可的发光机制。尽管这一机制非常重要,但由于其多种结构和复杂的合成方法,基于RIV机制的AIE系统(RIV型AIE分子)仍然相对较少。迄今为止,关于RIV型AIE分子的综合性综述仍然缺乏。在本文中,我们首先介绍了RIV型AIE分子的发展历程,然后将其结构分为不同类型,以解释RIV机制的工作原理。接着讨论了RIV型AIE分子的应用,并探讨了设计具有优异发光性能的新RIV型AIE分子所面临的挑战和机遇。我们希望这篇综述能够提高非专业人士和年轻研究人员对RIV型AIE分子的理解,为他们提供关于结构特征与发光性能之间关系的宝贵见解,并促进对其潜在应用的进一步探索。

引言

自从Ben Zhong Tang教授在2001年提出聚集诱导发光(AIE)的概念以来,AIE发光体(AIE分子)已成为光学功能材料领域的研究热点[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]]。与表现出聚集引起的猝灭(ACQ)现象的传统有机荧光团[[8], [9], [10], [11], [12], [13]]不同,AIE分子在聚集状态下会发出强烈的光[[14], [15], [16], [17]]。AIE概念的引入挑战了“聚集导致发光猝灭”的传统观念,为设计发光材料提供了全新的框架[[18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]]。
深入理解发光机制是合理设计AIE分子的基础前提。迄今为止,研究人员提出了多种机制模型来阐释AIE现象,包括分子内运动限制(RIM)[[26], [27], [28], [29], [30]]、J-聚集形成(JAF)[31,32]、扭曲的分子内电荷转移(TICT)[[33], [34], [35], [36], [37], [38]]、激发态分子内质子转移(ESIPT)[[39], [40], [41], [42], [43]]、聚集诱导的氧气屏障(AIBO)[44]、对暗态的访问限制(RADS)[45,46]以及阴离子-π相互作用等[[47]]。在这些提出的机制中,RIM机制已成为指导AIE分子设计最广泛采用的范式[[26],[48],[49],[50]]。RIM机制可以进一步细分为分子内旋转限制(RIR)和分子内振动限制(RIV)[51]。迄今为止,大多数报道的AIE分子都是基于RIR机制设计的(RIR型AIE分子),因为它们通常具有类似螺旋桨的结构,且易于合成[[52], [53], [54], [55], [56]]。相比之下,RIV型AIE分子仍然相对较少,这主要是由于其固有的结构复杂性和严格的合成要求,以及相关方法的高成本[[57]]。目前,系统性地探讨RIV型AIE分子的综合性综述文章仍然非常匮乏。
本文首先对代表性的RIV型AIE分子进行了系统分类,并按时间顺序分析了它们的发展历程。随后,我们根据四种特征几何结构对这些分子进行了分类:(i)镊子形、(ii)船形、(iii)圆形、(iv)准平面形,相应的代表性RIV型AIE分子在图1中进行了总结。此外,还介绍了RIV型AIE分子在刺激响应材料、配位化合物、生物成像材料和高性能OLED开发中的应用[[37],[58],[59],[60],[61],[62],[63],[64],[65]]。最后,讨论了RIV型AIE分子当前面临的挑战和未来前景。

发展历程

发展历程

RIV型AIE分子的发展历程经历了两个不同的机制发现阶段(图2)。在基础研究阶段(2007–2013年),对DMDPSCOT衍生物的开创性研究阐明了抑制分子内翻转和振动模式在调节聚集增强发光中的关键作用[[66], [67], [68], [69], [70]]。这些研究为后续的RIV机制形式化奠定了实证基础。

结构

AIE分子的光物理性能极大地依赖于分子结构,特定的结构特征决定了非辐射衰减途径和聚集状态下的发光效率[[84], [85], [86], [87], [88]]。本节通过晶体学和构象分析建立了RIV型AIE分子的结构分类,将其分为四类:(i)镊子形、(ii)船形、(iii)圆形、(iv)准平面形。

技术应用

具有优异荧光特性的RIV型AIE分子为高科技应用开辟了新的途径[[170,176],[190],[191],[192],[193],[194],[195],[196],[197]]。在本节中,我们总结了RIV型AIE分子的最新应用,主要关注其在刺激响应材料、超分子发光复合物、荧光化学传感器和高性能OLED中的功能。

结论与展望

本文按时间顺序总结了RIV型AIE分子的发展过程。研究发现,其发展速度相对较慢,数量也较为有限。根据结构特征和发光机制,RIV型AIE分子被分为四类:镊子形、船形、圆形和准平面形。详细阐述了结构与性能之间的关系。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(编号:22301283和编号:22371264)的支持。
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