基于聚集诱导发光建筑块构筑的新型光功能材料的结构与性能研究

Found of aggregation induced emission (AIE) phenomenon provides a new way to improve the luminescence efficiency of the material, and the choice of of organic building blocks have a decisive impact on the photoelectric properties of the compounds. This approach will integrate the excellent properties from both aggregation induced emission materials and the special structure of the porous material, to synthesize a series porous crystalline polymers based on AIE unit. It is envisioned that the fluorescence quantum yields of the designed porous materials will enhance due to the restriction of intramolecular rotations of AIE-active building blocks. We will study the effect of reaction condions on the polymer structure, investigate the effect of different reaction types, fluorescence emission wavelength of different organic building blocks, emission efficiency and emission life performance, and clarify the influence of the organic building blocks, metal ion, coordination mode, reaction conditions, and polymerization method of designed materials on the performance. Porous polymers based on the molecular structures of AIE has good physical and chemical stability and high quantum efficiency, meet the requirements on the photoelectric properties of the current photoelectric field. The applications of these porous materials in chemo-/bio-sensors and bioimaging will show good application foreground. To explore the aggregation induced the synthesis of luminescent polymer skeleton has important academic meaning and practical value.

聚集诱导发光现象的发现为提高材料的发光效率提供了新途径，而有机构建单元的选择对材料的光电性能起着决定性的作用。本项目拟结合聚集诱导发光结构单元与多孔材料的特殊结构的各自优异特性，合成一系列基于聚集诱导发光单元的多孔结晶聚合物。利用AIE分子内旋转受限状态下独特的荧光增强特性，来提高这类材料的荧光量子效率。探索反应条件对所得聚合物结构的影响，研究不同反应类型、不同有机构筑单元构筑的聚合物的荧光发射波长、发射效率和发射寿命等性能，阐明有机构筑单元、过渡金属离子类型、配位方式、反应条件、聚合方式等因素对其性能的影响规律。基于AIE分子构筑的多孔聚合物材料具有良好的物理化学稳定性和较高的量子效率，符合目前光电领域对其光电性能的要求，在化学、生物传感以及医用成像等领域显示出广阔的应用前景，探索聚集诱导发光聚合物骨架的合成有着重要的科学意义和实用价值。

本项目利用聚集诱导发光结构单元为基本建筑模块，与多种官能化基团，通过Suzuki，Yamamoto，Sonogashira等偶联反应制备了一系列多孔低结晶态聚合物。这类聚合物同时具有聚集诱导发光和多孔材料的各自优异的特性，并可以协同有效地发挥二者的特性。首先，在前期工作的基础上，兼顾简化材料的合成过程、提高产率的同时，成功地发展了基于聚集诱导发光建筑块构筑的新型光功能材料，结合紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、氮气吸/脱附曲线、固体核磁、SEM、TEM等测试结果详细地对其结构进行了研究，为该类材料的合成奠定了坚实的基础。其次，在研究过程中，通过引入极性基团、后修饰的方法对材料进行简单的再处理，成功地获得了一系列发光颜色可调控的聚合物，为较宽范围内聚集诱导发光型有机多孔材料的制备提供了可行的实验方案。到目前为止，基于聚集诱导发光建筑块制备了有机多孔材料10余种，发光颜色从深蓝色到黄色几乎整个可见光区。此外，这些材料对小分子气体（如甲烷、二氧化碳、氮气等）还展示了优异的存储与分离的性能。. 在本项目大力支持下，围绕聚集诱导发光建筑块构筑的新型有机多孔材料共发表SCI论文15篇，其中影响因子大于4.0的共计8篇，相关论文多次被其他科研人员所引用，得到了国内外相关领域科研工作者的肯定。同时培养高分子化学与物理领域优秀硕士研究生5名，其中4人获得国家优秀奖学金以及1人获得校优秀毕业生。此外，这5名硕士研究生已顺利毕业3人，2019年还将有2名学生顺利毕业。此外，申请发明专利3项。