基于多组分聚合构筑聚集诱导发光杂环聚合物及其构-效关系研究

Polymer materials with aggregation-induced emission (AIE) properties have received great attention due to their strong luminescence in aggregate states and significant applications in optoelectronics, chemical sensing, bioimaging, etc. However, compared with small molecular AIE materials, the structural variety of AIE polymers is still very limited and their structure-property relationship still needs to be further clarified. In view of the unique advantages of the multicomponent polymerization method and the attractive properties of heterocyclic polymer structures, this project is planned to develop simple, efficient and changeable multicomponent polymerizations for the construction of new functional heterocyclic polymers with AIE characteristics. By using various monomers and/or changing the monomer combinations of the multicomponent polymerizations, a series of AIE-active heterocyclic polymers with different chain structures or topological structures will be prepared and their properties will be carefully investigated. Meanwhile, theoretical simulations and experiments related to polymer physics will be conducted to gain insights into the structure-property relationship. Furthermore, the potential applications of the polymers with excellent properties will also be explored. This project will contribute innovative research results to the preparation methods, structures, and properties as well as the structure-property relationship of AIE polymers, which will further promote the development of new luminescent functional polymer materials with enhanced performance or new properties.

具有聚集诱导发光性质的高分子材料因其优异的聚集态发光性能和在光电、化学传感和生物成像检测等领域的重要应用而受到广泛关注。然而，与小分子材料相比，目前聚集诱导发光聚合物的结构基元种类仍相对匮乏，其构-效关系和发光性能调控策略仍亟需进一步阐明。鉴于多组分聚合方法及杂环聚合物结构的独特优势，本项目拟在前期工作基础上，开发便捷、高效且可调控的新型多组分炔烃聚合反应，构筑出一系列新型聚集诱导发光杂环聚合物。同时，拟充分利用多组分聚合单体种类丰富且组合方式多样的特点来系统调控杂环聚合物的链结构和聚集态结构，并借助高分子物理和理论模拟计算等手段对其构-效关系进行深入探究，尽可能提出具有指导意义的发光性能调控策略。此外，还将对其中性能优异的聚合物进行应用探索。本项目的实施将为聚集诱导发光高分子材料的制备方法、结构性能和构-效关系研究等方面贡献创新性的研究成果，为新型发光功能高分子材料的研发提供实验基础。

新型聚合反应的开发对于结构新颖、性能独特的功能聚合物的发展具有重要推动意义。作为一类重要的先进功能高分子，具有聚集诱导发光（AIE）性质的荧光高分子因其优异的聚集态发光性能而受到多领域的广泛关注。本项目旨在借助多组分聚合单体种类丰富且组合方式多样的特点，通过建立新的多组分聚合反应来构筑新型AIE功能聚合物，并对所得AIE聚合物的构-效关系和潜在应用进行探究。. 在本项目中，我们围绕多组分聚合和AIE功能高分子的相关科学问题，取得了一系列创新性研究成果，主要包括：（1）建立起14种便捷、经济、高效的新型多组分聚合反应路线，包括一价铜催化的多组分点击聚合反应，钯或镍催化的多组分偶联聚合反应，以及无需催化剂的异腈单体的多组分聚合反应等，并针对杂环聚合物的主链结构调控问题提出了多样性导向合成策略，相关研究极大地拓展了三键单体的聚合反应库。（2）高效制备出130余种结构新颖明确的线型和超支化功能聚合物，产物结构涉及富杂原子的杂环聚合物、稠杂环聚合物、杂链聚合物、聚多芳基乙烯等，为先进功能高分子材料的研发提供了新的研究对象。（3）对所得AIE聚合物的结构与其发光性能之间的内在关系进行了深入探究，获得一系列聚集态发光性能优异的功能高分子，相关成果推动了分子内运动受限、空间共轭、簇发光等AIE工作机制在发光功能高分子结构设计中的应用。（4）设计合成了一系列集多功能于一身的新型AIE功能高分子材料，这些聚合物在荧光化学探针、刺激响应型荧光材料、生物成像与光学诊疗等方面均表现出良好的应用潜力。. 在本项目的资助下，项目负责人在J. Am. Chem. Soc., Adv. Sci., Chem. Sci., ACS Macro Lett., Macromolecules等期刊共发表标注项目资助的SCI论文19篇；获授权国内外专利2项，另申请相关中国发明专利3项；以第二完成人身份获得2022年度深圳市自然科学奖二等奖。总之，本项目着眼于高分子化学前沿，发展了一批原创性的聚合新反应和高分子新材料，有助于促进高分子合成方法学和发光功能高分子材料的快速发展。