知社学术圈|了解“聚集诱导发光”（AIE）和“聚集态化学”

_本文原题：了解“聚集诱导发光”（AIE）和“聚集态化学”

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光是构成人类文明的重要组分，而发光分子则是产生光的基石。近年来，聚集诱导发光(Aggregation-induced emission, AIE)开创了有机发光材料研究的新格局。
近日，谢育俊（第一作者）和李振教授（通讯作者）在 National Science Review 发表观点(Perspective)文章，介绍了AIE的发展历史，指出了AIE理念对发光分子设计的影响、需要解决的问题与对聚集态学科的引领作用。

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AIE理念的发展历程。很多传统的荧光材料都受到“浓度猝灭(Aggregation-caused quenching, ACQ)”效应的困扰，会在高浓度下丧失荧光。 2001年，唐本忠院士在研究噻咯(Silole)的过程中发现了AIE现象。与ACQ相反， AIE材料在稀溶液中几乎不发光，而在聚集态的发光非常强。
通过一系列实验与理论研究，研究者确认了AIE现象产生的主要原因，即分子内运动受限(Restriction of intramolecular motion, RIM) 。随后，大量的AIE分子被报道，其发射波长已经覆盖整个紫外-可见光波段，并且已经延伸到近红外区域。 AIE材料在细胞与组织成像、化学传感、力刺激响应、光电器件等领域都表现出了极高的应用价值。

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荧光素的ACQ效应(a)与HPS的AIE现象(b)
尤为重要的是， AIE理念促使研究者探究聚集态分子的堆积模式与光物理过程，深刻地启发了有机发光分子的设计。
在聚集状态下，分子的运动受到抑制，同时分子之间的相互作用增强，这两种因素使分子在聚集态表现出奇特的发光性质。 AIE化合物扭曲的空间构型抑制了聚集态下紧密的π-π堆积与无辐射跃迁，从而增强其发光性能。因此，聚集并非不利于发光，通过合理的分子设计，可以有效提高聚集态发光效率——这一认知为高效发光分子的设计提供了新的思路。
基于此，李振教授于2018年提出“MUSIC”(Molecular Uniting Set Identified Characteristic)理念，强调应该综合考察分子的空间构型与堆积方式，从而认识和调控聚集态的光物理性质，这属于聚集态化学(Aggregated state chemistry)研究范畴。
近年来，有机室温磷光(Room-Temperature Phosphorescence, RTP)、力致发光(Mechanoluminescence, ML)等新颖的聚集态发光现象成为研究热点。这两类材料体现了聚集态紧密堆积作用对发光性能的影响，如聚集态使三线态激子得到稳定与对力的刺激产生光响应。这些新材料在显示、传感、防伪、组织成像等领域展现出极大的应用价值。

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左：典型的AIE化合物 TPE、TPP与HPS ，以及AIE主要的应用领域；右：聚集态科学研究课题：室温磷光（RTP）与力致发光（ML）。
【知社学术圈|了解“聚集诱导发光”（AIE）和“聚集态化学”】随着对聚集态物理化学性质研究的进一步深入，更多奇特的发光性质将被逐渐发现，相关理论也将日臻完善。