非共轭聚合物聚集荧光增强行为研究

The discovery of the phenomena of conjugated compounds with aggregation-induced emission (AIE) and aggregation enhanced emission (AEE)properties has well solved the problem of conventional aggregation fluorescence quenching. Thus AIE and AEE broad the application of fluorescent materials in many fields such as organic light-emitting diodes (OLEDs), Chemical detector and biosensors etc. In our early studies, we found that a non-conjugated branched polymer with AEE behavior. Therefore, in this study, we intend to break out currtent focus on design and synthsis the conjugated compounds and some conjugated polymers, through the study on AEE of non-conjugated branched polymers. Through regulation the condition of Michael addition polymerization, synthesis a series of non-conjugated branched polymers with same repeating units but different branched architecture and expolre their fluorescent properties under different states. Clarify the relationship between branched structure,intermolecular interactions of non-conjugated and AEE.Then try to find the principles and mechanism of the phenomena of AEE produced by non-conjugated polymers.The obtain exprimental and therotical data would provide proof for research and development of new type of AEE function material.

聚集诱导发光(AIE)和聚集荧光增强(AEE)的发现解决了聚集荧光猝灭这一传统难题，拓展了荧光物质在有机发光二极管（OLEDs）、化学、生物传感器等领域的应用。前期工作中我们发现一类非共轭支化聚合物具有典型的聚集荧光增强特性，本项目拟在课题组原有的工作基础上，对非共轭聚合物的聚集荧光增强进行系统研究，突破目前研究主要集中在设计合成具有AIE、AEE性能的小分子共轭化合物和少量共轭聚合物上现状。通过控制迈克尔加成聚合反应条件，制备多种支化结构可控的非共轭支化聚合物，对其不同状态下的荧光性能进行系统探究，阐明非共轭聚合物结构单元、支化结构以及分子间作用力与聚集荧光增强之间的相互关系，探索聚集荧光增强在非共轭聚合物中产生的规律和机理，并将具有聚集荧光增强性能的非共轭聚合物应用到细菌检测等生物领域，从而为研究开发新型聚集荧光增强功能材料提供实验和理论依据。

聚集荧光增强解决了聚集荧光猝灭这一传统难题，由此，共轭分子的聚集荧光增强现象得到越来越多的研究。但是，目前聚集荧光增强的研究主要集中在设计合成具有这类性能的小分子共轭化合物和少量共轭聚合物上，没有涉及到非共轭聚合物。.本课题通过控制迈克尔加成聚合反应，利用不同溶剂组合制备了一系列支化结构可控的、具有聚集荧光增强性能的非共轭聚合物聚酰胺胺。聚酰胺胺的水溶液随着浓度升高，荧光不仅没有猝灭，而是越来越强，甚至固体也具有明亮的荧光，而且荧光颜色随着激发波长的改变而呈现蓝、绿和红不同的颜色，这是典型的聚集荧光增强。.通过对不同支化结构，不同聚合物溶液浓度，加入聚合物的不良溶剂，改变聚合物溶液温度，聚合物的固体荧光进行系统的研究，并利用Gaussian 09对发光的机理进行理论模拟计算。首次提出了聚合物分子间和分子内团簇的概念来解释聚集荧光增强现象，这些团簇上的孤对电子与离域π电子形成了电子云共享，在聚集体中，这些团簇的孤对电子与π电子可以通过n-π和π-π相互作用进一步离域，从而使这种“团簇发色团”更高效的发光。利用聚酰胺胺聚集荧光增强性能，可以实现大肠杆菌的检测。.利用具有聚集荧光增强的低生物毒性的超支化聚酰胺胺作为表面钝化剂，以柠檬酸(CA)为碳源，通过一步水热合成法制备了具有双光子荧光性能的碳点，粒径约为10 nm的碳点在水中具有良好的分散性，量子效率高，稳定性好，而且保留了聚酰胺胺的聚集荧光增强性能，在固体时也有明亮的荧光，用于生物成像，可以得到更高质量的双光子细胞影像，显示在生物成像中的巨大的潜力。同时，利用聚酰胺胺原位合成的金，银，铜纳米复合体也有传感器，抗菌等良好应用。.通过原子转移自由基聚合方法，制备了具有核-壳结构的星状共轭共聚物，其在自组装过程中形成单分子胶束的多胶束聚集体。在这种聚集体中，超支化共轭聚合物核被外围聚合物臂所保护，有效防止了浓度自淬灭效应的发生，限制了共轭聚合物核的分子间相互聚集，从而提高了聚合物组装体的荧光性能。通过调节星状共轭共聚物的结构，可以控制星状共轭共聚物组装体的荧光性能，并能检出很低浓度的大肠杆菌。.非共轭聚合物的聚集荧光增强性能的发现，对聚集荧光增强性能研究领域的极大拓展，开创性的开启了新颖的、非常规的荧光体的研究。而且，由于这类聚合物具有良好的水溶性和生物相容性，使得这类聚合物在生物、医学领域等诸多领域发挥了无可比拟的作用。