聚集诱导发光
聚集诱导发光（AIE） 是一种独特的光物理现象，指一类特殊的荧光分子在溶液状态（单分子态）下荧光微弱甚至不发光，但在聚集状态（如固体、纳米颗粒或薄膜）下荧光强度显著增强的现象。该概念由中国科学院院士唐本忠教授及其团队于 2001 年首次正式提出。
AIE 现象的发现挑战了长期以来困扰光电材料领域的“聚集导致荧光猝灭”（Aggregation-Caused Quenching, ACQ）效应，为高效发光材料的设计提供了全新的思路。
1. 发现历史与背景
- 传统背景 (ACQ 效应)： 传统的有机荧光分子（如苝、蒽等）多具有平面刚性结构。在聚集态下，分子间容易产生 堆积，导致能量以非放射性方式耗散，从而使荧光减弱或猝灭。
- AIE 的发现： 2001 年，唐本忠教授团队在研究 1,1,2,3,4,5-六苯基噻咯（HPS）时发现，该分子在乙醇溶液中几乎不发光，但向溶液中加入大量水引发分子聚集后，体系发出了极强的荧光。他们将这种“愈聚集愈亮”的现象命名为 Aggregation-Induced Emission。
2. 工作机制
目前学术界公认的 AIE 核心机制是 分子内运动受限（Restriction of Intramolecular Motions, RIM）。
2.1 分子内旋转受限 (RIR)
AIE 分子通常具有“螺旋桨”式的非平面结构（如四苯基乙烯 TPE）。在稀溶液中，外围的苯环可以自由旋转，这种机械运动消耗了激发态能量，导致不发光。当进入聚集态时，空间位阻限制了苯环的旋转，能量被迫以光子形式释放。
2.2 分子内振动受限 (RIV)
对于某些具有多环结构的分子，聚集态下分子的振动受到物理限制，同样减少了非放射性衰减路径，从而增强发光。
3. AIE 材料的特点
- 高固态发光效率： 克服了 ACQ 材料在应用时的厚度依赖性。
- 高抗光漂白性： 聚集态结构能保护内部分子免受化学破坏。
- 大斯托克斯位移 (Stokes Shift)： 减少了自吸收现象。
- 优异的可加工性： 无需复杂的稀释工艺即可直接制成器件。
4. 应用领域
由于其独特性质，AIE 材料在多个尖端领域表现出色：
| 领域 | 具体应用 |
|---|---|
| 生物成像 | 用于长期追踪细胞、细胞器（如线粒体、溶酶体）成像，具有极高的对比度。 |
| 化学传感 | 探测重金属离子、炸药残余、气体分子或环境 pH 值的变化。 |
| 光电器件 | 制造高效的有机发光二极管（OLED）显示屏和有机激光器。 |
| 诊疗一体化 | 结合光动力疗法（PDT），通过 AIE 荧光指导并实施精准的肿瘤光化学治疗。 |
| 法医学 | 用于高灵敏度的指纹检测和潜血分析。 |
5. 社会与学术影响
AIE 的提出标志着中国科学家在光电材料领域从“跟随者”转变为“领跑者”。该领域已成为全球化学和材料科学的热点之一，相关文献引用量巨大。2017 年，“聚集诱导发光”获得了中国国家自然科学奖一等奖。
参考文献
- Tang, B. Z., et al. (2001). "Aggregation-induced emission of 1,1,2,3,4,5-hexaphenylsilole." Chemical Communications.
- Hong, Y., Lam, J. W., & Tang, B. Z. (2011). "Aggregation-induced emission." Chemical Society Reviews.
- Mei, J., et al. (2015). "Aggregation-Induced Emission: Together We Shine, United We Soar!" Chemical Reviews.