无机基有机杂化聚集诱导发光材料的可控制备、构效关系及应用

Researchers mainly focused on preparation, mechanism and structure-activity relationship of organic materials with aggregation induced emission (AIE) at present, but the research of inorganic/organic hybrid materials with AIE is still in its infancy. The scientific design of hybrid materials is based on the factors of AIE or aggregation-caused quenching (ACQ) of organic constituent from the previous research, which overcomes the shortcomings of the organic materials. We will explore structure-property relationship by selecting the different structural and functional inorganic and organic components and changing hybrid mode, optimize structure of materials and improve properties of materials to obtain the new applied AIE inorganic/organic hybrid materials efficiently and simply. In the item, we will combine theoretical calculations with single crystal structure, use time-resolved fluorescence spectroscopy and tunable ultra-fast laser spectroscopy techniques to study systematically theoretical problems encountered in the practical development, such as hybrid mode, electron transfer and energy match between the components; solve emphatically the controllable synthesis of the applied AIE hybrid materials based on structure-property relationship; apply ultimately the hybrid materials to bioimaging and sensing, etc.

当前，学者对聚集诱导发光(AIE)材料的研究主要侧重于有机材料的制备、机理及构效关系，对无机基有机杂化聚集诱导发光材料的研究尚处于起步阶段。本项目旨在克服有机材料单一组分的缺点，在前期已探明的有机基元聚集诱导发光或猝灭因素的基础上科学设计杂化材料分子。选配结构不同的功能无机有机基元和变换杂化方式来探索结构-性能间关系，优化结构，提升性能，高效、简捷制备新型应用性聚集诱导发光无机/有机杂化材料。项目研究中，我们将理论计算和单晶结构紧密相结合，利用时间分辨荧光光谱、可调谐超快速激光光谱等实验技术，系统探究在杂化材料研制中遇到的组分间杂化方式、电子转移、能量匹配等理论问题；重点解决以应用为目标的、基于构效关系的AIE杂化材料的可控制备；力争实现AIE杂化材料在生物显影和传感等应用方面的突破。

本项目旨在克服有机材料单一组分的缺点，在前期已探明的有机基元聚集诱导发光或猝灭因素的基础上科学设计杂化材料分子。选配结构不同的功能无机有机基元和变换杂化方式来探索结构-性能间关系，优化结构，提升性能，高效、简捷制备新型应用性聚集诱导发光无机/有机杂化材料。项目组利用杂环基构筑了多个系列的聚集诱导发光有机材料，如以氮杂冠醚、三苯胺基、蒽基、咔唑基、异佛尔酮为母体，结合理论计算，优化合成路线，合成多种新型杂环基聚集诱导发光有机材料，筛选出具有强双光子吸收性能的有机材料，运用多个表征手段研究了其聚集诱导发光机理，结合理论计算、晶体结构，诠释了个别特异现象，并成功地对部分材料进行生物成像、离子识别、压致变色探索。利用上述合成的有机材料配位点多、配位可调的特点，选择不同的金属盐，通过自组装、高温水热、溶剂热等方法获取单晶，结合理论计算研究氢键、堆积作用、范德华力及金属-金属相互作用等对晶体结构和聚集态结构的影响及与双光子吸收效应间的关系。结合单晶结构对在组装过程中发生的未见报道的有机反应机理过程进行了解释。同时利用包覆、封装形成无机有机纳米复合材料，优化材料性能。对具有双光子吸收性能的有机无机杂化材料，经由MTT实验，筛选出低毒性材料，成功地进行了生物成像的研究。该项目成果为无机有机杂化聚集诱导发光材料的可控制备提供了有益的参考。