新型聚集诱导发光材料的构筑及其发光机制探究

Aggregation induced emission (AIE) materials have attracted a lot of attention by scientific research workers because of their potential application in the field of effect transistor (OFET), organic light-emitting diodes (OLEDs), biological labeling, cell imaging and so on. For traditional fused aromatic compounds in solution, although it has a high fluorescence quantum yield, but reduced fluorescence or no fluorescence in the solid state or aggregation state due to the intermolecular strong interactions. This project intend to use steric hindrance and strong electron induced effect of carborane to control accumulation mode and molecular electronic structure of fused aromatic ring for design and Precision synthesis of high performance of AIE compounds. Study on the behavior of AIE under different conditions, thermal stability, quantum yield and fluorescence lifetime to reveal luminescence mechanism of compounds AIE. It is to clarify that the effect of carborane on AIE phenomenon which will lay the foundation of science for the development of new efficient AIE materials.

聚集诱导发光(AIE)材料因其在有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLEDs)、生物标示、细胞成像等领域中的潜在应用，而受到广大科研工作者的极大关注。针对传统稠环芳烃化合物在稀溶液中虽具有很高的荧光量子产率，但在固态或聚集态时由于其分子间强烈相互作用而导致荧光剧减甚至不发光这一关键科学问题，本项目创新性地提出利用碳硼烷立体位阻和强电子诱导效应来调控稠环芳烃在聚集态时的堆积模式和分子电子结构，以精准合成具有高效AIE性能的化合物。研究不同条件下化合物的AIE行为、热稳定性、发光量子产率、荧光寿命等，揭示化合物AIE发光机制。阐明碳硼烷对化合物AIE行为的影响和作用，为设计开发新型高效聚集态诱导发光材料奠定理论基础。

固态发光材料因具有高的发光效率、宽的发光波长范围、制备简单等优点广泛应用于传感、生物成像、信息存储等领域。开发高效固态发光材料具有重要的科学意义和广泛的应用前景。含邻碳硼烷AIE材料，因具有高热稳定性、化学稳定性、多效发光性能在光电器件、生物制药、分子探针等领域显示出潜在应用价值。邻碳硼烷这类特殊官能团在功能材料领域中的研究才刚起步，含碳硼烷光功能材料方面的研究工作还有待进一步深入，核心是开发具有新型结构的材料体系。本项目围绕这一核心问题开展了研究工作，取得的创新性成果有：（1）通过Ni催化的Kumada偶联反应一步将9-苯基咔唑通过不同的反应位点引入邻碳硼烷中合成了具有AIE性质的9-苯基咔唑基邻碳硼烷化合物区位异构体化合物，固态下发光量子效率高达90%以上。（2）设计合成了具有D−π−A构型的AIE型邻碳硼烷-咪唑衍生物，材料固态下发光量子效率高达29%。化合物低温磷光寿命长达2.18 s。分子高度扭曲几何构型和分子中存在的Ccage-H···π, C-H···N, C-H···π相互作用以及大体积的邻碳硼烷的空间位阻效应降是提升了化合物的发光性能的原因。（3）通过将咪唑衍生物引入到碳硼烷中的两个碳上合成了具有“V”型结构的D-A-D型邻碳硼烷-咪唑衍生物-三聚体。利用刚性结构的咪唑衍生物有效抑制碳硼烷部分的旋转和邻碳硼烷中Ccage-Ccage键的伸缩振动，固态发光量子效率接近44%。（4）通过Ni催化的Kumada偶联反应将2-溴蒽引入到邻碳硼烷中，利用溴化苄，1,3-二（溴甲基）苯，1,3,5-三（溴甲基）苯与单取代的碳硼烷基蒽衍生物连接，合成了具有AIE性质的含不同个数碳硼烷单元的化合物，同时提出了碳–碳键的振动受限和邻碳硼烷单元的旋转运动，以及TICT的理想取向是提高聚集态和固态发射效率的原因。总之，通过本项目的实施，我们不仅建立了合成含碳硼烷AIE性质的化合物通用方法，而且在催化体系的设计和机理探究方面积累了经验，也将为后续含碳硼烷光功能材料的可控合成和材料的构效关系研究提供借鉴和指导。