Aggregation greatly boosts emission efficiency of the silole, turning it from a weak luminophor into a strong emitter.

It is textbook knowledge that chromophore aggregation generally quenches light emission. In this feature article, we give an account on how we observed an opposite phenomenon termed aggregation-induced emission (AIE) and identified the restriction of intramolecular rotation as a main cause for the AIE effect. Based on the mechanistic understanding, we developed a series of new fluorescent and phosphorescent AIE systems with emission colours covering the entire visible spectral region and luminescence quantum yields up to unity. We explored high-tech applications of the AIE luminogens as, for example, fluorescence sensors (for explosive, ion, pH, temperature, viscosity, pressure, etc.), biological probes (for protein, DNA, RNA, sugar, phospholipid, etc.), immunoassay markers, PAGE visualization agents, polarized light emitters, monitors for layer-by-layer assembly, reporters for micelle formation, multistimuli-responsive nanomaterials, and active layers in the fabrication of organic light-emitting diodes.

A series of ten 2,3,4,5-tetraphenylsiloles with different 1,1-substituents [XYSi(CPh)4] were prepared, and three of these, i.e., 1,1,2,3,4,5-hexaphenylsilole [X = Y = Ph (3)], 1-ethynyl-1,2,3,4,5-pentaphenylsilole [X = Ph, Y = C⋮CH (15)], and 1,1-bis(phenylethynyl)-2,3,4,5-tetraphenylsilole [X = Y = C⋮CPh (18)], were characterized crystallographically. The ground- and excited-states of the siloles were influenced by the inductive effect of the 1,1-substituents: with an increase in their electronegativity, the absorption and emission spectra of the siloles bathochromically shifted. A simple and reliable TLC-based method was developed for measurement of the solid-state luminescence spectra of the siloles. When molecularly dissolved in common solvents at room temperature, all the siloles were practically nonemissive ("off"). When poor solvents were added, the silole molecules clustered into nanoaggregates, which turned the emission "on" and boosted the photoluminescence quantum yields by up to 2 orders of magnitude (aggregation-induced emission). The silole emission could also be greatly enhanced by increasing the viscosity and decreasing the temperature of the silole solutions. The solution thickening and cooling experiments suggest that the aggregation-induced emission is caused by the restricted intramolecular rotations of the peripheral aromatic rings upon the axes of the single bonds linked to the central silole cores.

Nanocomposites that contain reinforcements with preferred orientation have attracted significant attention because of their promising applications in a wide range of multifunctional fields. Many efforts have recently been focused on developing facile methods for preparing aligned graphene sheets in solvents and polymers because of their fascinating properties including liquid crystallinity and highly anisotropic characteristics. Self-aligned in situ reduced graphene oxide (rGO)/polymer nanocomposites are prepared using an all aqueous casting method. A remarkably low percolation threshold of 0.12 vol% is achieved in the rGO/epoxy system owing to the uniformly dispersed, monolayer graphene sheets with extremely high aspect ratios (>30000). The self-alignment into a layered structure at above a critical filler content induces a unique anisotropy in electrical and mechanical properties due to the preferential formation of conductive and reinforcing networks along the alignment direction. Accompanied by the anisotropic electrical conductivities are exceptionally high dielectric constants of over 14000 with 3 wt% of rGO at 1 kHz due to the charge accumulation at the highly-aligned conductive filler/insulating polymer interface according to the Maxwell-Wagner-Sillars polarization principle. The highly dielectric rGO/epoxy nanocomposites with the engineered structure and properties present high performance electromagnetic interference shielding with a remarkable shilding efficiency of 38 dB.

Abstract Critical factors that determine the percolation threshold of carbon nanotube (CNT)‐reinforced polymer nanocomposites are studied. An improved analytical model is developed based on an interparticle distance concept. Two dispersion parameters are introduced in the model to correctly reflect the different dispersion states of CNTs in the matrix—entangled bundles and well‐dispersed individual CNTs. CNT–epoxy nanocomposites with different dispersion states are fabricated from the same constituent materials by employing different processing conditions. The corresponding percolation thresholds of the nanocomposites vary over a wide range, from 0.1 to greater than 1.0 wt %, and these variations are explained in terms of dispersion parameters and aspect ratios of CNTs. Important factors that control the percolation threshold of nanocomposites are identified based on the comparison between modeling data and experimental results.

Boron dipyrromethene (BODIPY) derivatives 1 and 2 consisting of donor and acceptor units with dual photoresponses to solvent polarity and luminogen aggregation are developed through taking advantage of twisted intramolecular charge transfer (TICT) and aggregation-induced emission (AIE) processes. In nonpolar solvents, the locally excited (LE) states of the BODIPY luminogens emit intense green lights. Increasing solvent polarity brings the luminogens from the LE state to the TICT state, causing a large bathochromic shift in the emission color but a dramatic decrease in the emission efficiency. The red emission is greatly boosted by aggregate formation or AIE effect: addition of large amounts of water into the solutions of 1 and 2 in the polar solvents causes the luminogens to aggregate supramolecularly and to emit efficiently. The emission can be enhanced by increasing solvent viscosity and decreasing solution temperature, indicating that the AIE effect is caused by the restriction of the intramolecular rotations in the aggregates of the luminogens.

Efficient solid-state emitters developed by a new approach are described. While emission from triphenylamine (TPA) and its dimer (DTPA) is weakened by aggregation, attaching tetraphenylethene (TPE) units to the amines boosts their emission efficiencies up to 100% in the aggregate state without harming their hole-transport properties. The resultant 3TPETPA and 4TPEDTPA luminogens show excellent electroluminescence performance. Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Phosphorescence has rarely been observed in pure organic chromophore systems at room temperature. We herein report efficient phosphorescence from the crystals of benzophenone and its derivatives with a general formula of (X-C6H4)2C═O (X = F, Cl, Br) as well as methyl 4-bromobenzoate and 4,4′-dibromobiphenyl under ambient conditions. These luminogens are all nonemissive when they are dissolved in good solvents, adsorbed on TLC plates, and doped into polymer films, because active intramolecular motions such as rotations and vibrations under these conditions effectively annihilate their triplet excitons via nonradiative relaxation channels. In the crystalline state, the intramolecular motions are restricted by the crystal lattices and intermolecular interactions, particularly C−H···O, N−H···O, C−H···X (X = F, Cl, Br), C−Br···Br−C, and C−H···π hydrogen bonding. The physical constraints and multiple intermolecular interactions collectively lock the conformations of the luminogen molecules. This structural rigidification effect makes the luminogens highly phosphorescent in the crystalline state at room temperature.

New fluorescent sensors have been developed, utilizing the aggregation-induced emission (AIE) attribute of silole and tetraphenylethene luminogens. In this feature article, we briefly summarize recent progress in the development of AIE-based bio/chemosensors for assays of nuclease and AChE activities, screening of inhibitors, and detection of various analytes including charged biopolymers, ionic species, volatile and explosive organic compounds.

Luminescent materials with efficient solid-state emissions are important for the advancement of optoelectronics. Recently, a new class of propeller-like luminogenic molecules with aggregation-induced emission (AIE) characteristics has drawn increasing research interest. Among them, tetraphenylethene (TPE) is an archetypal luminogen with a simple molecule structure but shows a splendid AIE effect. Utilizing TPE as a building block, an effective strategy to create efficient solid-state emitters is developed. In this feature article, we review mainly our recent work on the construction of luminogenic materials from TPE and present their applications in organic light-emitting diodes. The applicability of the synthetic strategy and the utility of the resulting materials are demonstrated.