非共軛聚合物聚集螢光增強行為研究

《非共軛聚合物聚集螢光增強行為研究》是依託上海交通大學，由王瑞斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非共軛聚合物聚集螢光增強行為研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王瑞斌
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

聚集誘導發光(AIE)和聚集螢光增強(AEE)的發現解決了聚集螢光猝滅這一傳統難題，拓展了螢光物質在有機發光二極體（OLEDs）、化學、生物感測器等領域的套用。前期工作中我們發現一類非共軛支化聚合物具有典型的聚集螢光增強特性，本項目擬在課題組原有的工作基礎上，對非共軛聚合物的聚集螢光增強進行系統研究，突破目前研究主要集中在設計合成具有AIE、AEE性能的小分子共軛化合物和少量共軛聚合物上現狀。通過控制麥可加成聚合反應條件，製備多種支化結構可控的非共軛支化聚合物，對其不同狀態下的螢光性能進行系統探究，闡明非共軛聚合物結構單元、支化結構以及分子間作用力與聚集螢光增強之間的相互關係，探索聚集螢光增強在非共軛聚合物中產生的規律和機理，並將具有聚集螢光增強性能的非共軛聚合物套用到細菌檢測等生物領域，從而為研究開發新型聚集螢光增強功能材料提供實驗和理論依據。

結題摘要

聚集螢光增強解決了聚集螢光猝滅這一傳統難題，由此，共軛分子的聚集螢光增強現象得到越來越多的研究。但是，目前聚集螢光增強的研究主要集中在設計合成具有這類性能的小分子共軛化合物和少量共軛聚合物上，沒有涉及到非共軛聚合物。 本課題通過控制麥可加成聚合反應，利用不同溶劑組合製備了一系列支化結構可控的、具有聚集螢光增強性能的非共軛聚合物聚醯胺胺。聚醯胺胺的水溶液隨著濃度升高，螢光不僅沒有猝滅，而是越來越強，甚至固體也具有明亮的螢光，而且螢光顏色隨著激發波長的改變而呈現藍、綠和紅不同的顏色，這是典型的聚集螢光增強。 通過對不同支化結構，不同聚合物溶液濃度，加入聚合物的不良溶劑，改變聚合物溶液溫度，聚合物的固體螢光進行系統的研究，並利用Gaussian 09對發光的機理進行理論模擬計算。首次提出了聚合物分子間和分子內團簇的概念來解釋聚集螢光增強現象，這些團簇上的孤對電子與離域π電子形成了電子云共享，在聚集體中，這些團簇的孤對電子與π電子可以通過n-π和π-π相互作用進一步離域，從而使這種“團簇發色團”更高效的發光。利用聚醯胺胺聚集螢光增強性能，可以實現大腸桿菌的檢測。 利用具有聚集螢光增強的低生物毒性的超支化聚醯胺胺作為表面鈍化劑，以檸檬酸(CA)為碳源，通過一步水熱合成法製備了具有雙光子螢光性能的碳點，粒徑約為10 nm的碳點在水中具有良好的分散性，量子效率高，穩定性好，而且保留了聚醯胺胺的聚集螢光增強性能，在固體時也有明亮的螢光，用於生物成像，可以得到更高質量的雙光子細胞影像，顯示在生物成像中的巨大的潛力。同時，利用聚醯胺胺原位合成的金，銀，銅納米複合體也有感測器，抗菌等良好套用。 通過原子轉移自由基聚合方法，製備了具有核-殼結構的星狀共軛共聚物，其在自組裝過程中形成單分子膠束的多膠束聚集體。在這種聚集體中，超支化共軛聚合物核被外圍聚合物臂所保護，有效防止了濃度自淬滅效應的發生，限制了共軛聚合物核的分子間相互聚集，從而提高了聚合物組裝體的螢光性能。通過調節星狀共軛共聚物的結構，可以控制星狀共軛共聚物組裝體的螢光性能，並能檢出很低濃度的大腸桿菌。 非共軛聚合物的聚集螢光增強性能的發現，對聚集螢光增強性能研究領域的極大拓展，開創性的開啟了新穎的、非常規的螢光體的研究。而且，由於這類聚合物具有良好的水溶性和生物相容性，使得這類聚合物在生物、醫學領域等諸多領域發揮了無可比擬的作用。