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.

(4-Biphenylyl)phenyldibenzofulvene is weakly luminescent in the amorphous phase but becomes highly emissive upon crystallization; this unusual crystallization-induced emission enhancement effect allows its emission to be repeatedly switched between dark and bright states by fuming-heating and heating-cooling processes.

Abstract Development of highly efficient circularly polarized organic light‐emitting diodes (CPOLEDs) has gained increasing interest as they show improved luminous efficiency and high contract 3D images in OLED displays. In this work, a series of binaphthalene‐containing luminogenic enantiomers with aggregation‐induced emission (AIE) and delayed fluorescence properties is designed and synthesized. These molecules can emit from green to red light depending on the solvent polarity due to the twisted intramolecular charge transfer effect. However, their solid powders show bright light emissions, demonstrating a phenomenon of AIE. All the molecules exhibit Cotton effects and circularly polarized luminescence in toluene solution and films. Multilayer CPOLEDs using the doped and neat films of the molecules as emitting layers are fabricated, which exhibit high external quantum efficiency of up to 9.3% and 3.5% and electroluminescence dissymmetry factor ( g EL ) of up to +0.026/−0.021 and +0.06/−0.06, respectively. Compared with doped CPOLEDs, the nondoped ones show higher g EL and much smaller current efficiency roll‐off due to the stronger AIE effect. By altering the donor unit, the electroluminescence maximum of the doped film can vary from 493 to 571 nm. As far as it is known, this is the first example of efficient CPOLEDs based on small chiral organic molecules.

We synthesized a group of silole regioisomers 1x,y, whose photoluminescence varied dramatically with its regiostructure. By internally hindering the intramolecular rotation, we succeeded in creating a novel silole (13,4) that is strongly luminescent in solutions and whose fluorescence quantum yield in acetone is as high as 83%. We revealed that 13,4 was a sensitive chemosensor capable of optically discriminating nitroaromatic regioisomers of p-, o-, and m-nitroanilines. Against general belief, crystal formation of 12,4 blue-shifted its emission color and boosted its emission efficiency. The light-emitting diode based on the crystal of 12,4 emitted a strong blue light (464 nm) in a high current efficiency (5.86 cd/A).

Abstract The synthesis of functionalized siloles has been a challenge because of the incompatibility of polar functional groups with the reactive intermediates in the conventional protocols for silole synthesis. In this work, a synthetic route for silole functionalization is elaborated, through which a series of functionalized siloles are successfully prepared. Whereas light emissions of traditional luminophores are often quenched by aggregation, most of the functionalized siloles show an exactly opposite phenomenon of aggregation‐induced emission (AIE). The siloles are nonemissive when dissolved in their good solvents but become highly luminescent when aggregated in their poor solvents or in the solid state. Manipulation of the aggregation–deaggregation processes of the siloles enables them to play two seemly antagonistic roles and work as both excellent quenchers and efficient emitters. The AIE effect endows the siloles with multifaceted functionalities, including fluorescence quenching, pH sensing, explosive detection, and biological probing. The sensing processes are very sensitive (with detection limit down to 0.1 ppm) and highly selective (with capability of discriminating among different kinds of ions, explosives, proteins, DNAs, and RNAs). The siloles also serve as active layers in the fabrication of electroluminescent devices and as photosensitive films in the generation of fluorescence patterns.

Three functionalized derivatives of tetraphenylethylene (TPE), namely, 1,2-bis(4-methoxyphenyl)-1,2-diphenylethene (1), 1,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1,2-diphenylethene (2), and 1,2-bis[4-(3-sulfonatopropoxyl)phenyl]-1,2-diphenylethene sodium salt (3), were synthesized and their fluorescence properties were investigated. All the TPE molecules are nonluminescent in the solution state but are induced to emit efficiently by aggregate formation. This novel process of aggregation-induced emission (AIE) is rationalized to be caused by the restriction of intramolecular rotations of the dye molecules in the aggregate state. The possibility of utilizing the AIE effect for protein detection and quantification is explored using bovine serum albumin (BSA) as a model protein, with salt 3 being found to perform as a stable, sensitive, and selective bioprobe.

Far-red and near-infrared (NIR) fluorescent materials possessing the characteristics of strong two-photon absorption and aggregation-induced emission (AIE) as well as specific targeting capability are much-sought-after for bioimaging and therapeutic applications due to their deep penetration depth and high resolution. Herein, a series of dipolar far-red and NIR AIE luminogens with a strong push-pull effect are designed and synthesized. The obtained fluorophores display bright far-red and NIR solid-state fluorescence with a high quantum yield of up to 30%, large Stokes shifts of up to 244 nm, and large two-photon absorption cross-sections of up to 887 GM. A total of three neutral AIEgens show specific lipid droplet (LD)-targeting capability, while the one with cationic and lipophilic characteristics tends to target the mitochondria specifically. All of the molecules demonstrate good biocompatibility, high brightness, and superior photostability. They also serve as efficient two-photon fluorescence-imaging agents for the clear visualization of LDs or mitochondria in living cells and tissues with deep tissue penetration (up to 150 μm) and high contrast. These AIEgens can efficiently generate singlet oxygen upon light irradiation for the photodynamic ablation of cancer cells. All of these intriguing results prove that these far-red and NIR AIEgens are excellent candidates for the two-photon fluorescence imaging of LDs or mitochondria and organelle-targeting photodynamic cancer therapy.

Seeking new methods to obtain elaborate artificial on-demand photoswitching with multiple functionalities remains challenging. Most of the systems reported so far possess only one specific function and their nonemissive nature in the aggregated state inevitably limit their applications. Herein, a tailored cyanostilbene-based molecule with aggregation-induced emission characteristic was synthesized and was found to exhibit efficient, multiple and controllable photoresponsive behaviors under different conditions. Specifically, three different reactions were involved: (i) reversible Z/E isomerization under room light and thermal treatment in CH3CN, (ii) UV-induced photocyclization with a concomitant dramatic fluorescence enhancement, and (iii) regio- and stereoselective photodimerization in aqueous medium with microcrystal formation. Experimental and theoretical analyses gave visible insights and detailed mechanisms of the photoreaction processes. Fluorescent 2D photopattern with enhanced signal-to-background ratio was fabricated based on the controllable "turn-on" and "turn-off" photobehaviors in different states. The present study thus paves an easy yet efficient way to construct smart multiphotochromes for unique applications.

π-Bonds connected with aromatic rings were generally believed as the standard structures for constructing highly efficient fluorophores. Materials without these typical structures, however, exhibited only low fluorescence quantum yields and emitted in the ultraviolet spectral region. In this work, three molecules, namely bis(2,4,5-trimethylphenyl)methane, 1,1,2,2-tetrakis(2,4,5-trimethylphenyl)ethane, and 1,1,2,2-tetraphenylethane, with nonconjugated structures and isolated phenyl rings were synthesized and their photophysical properties were systematically investigated. Interestingly, the emission spectra of these three molecules could be well extended to 600 nm with high solid-state quantum yields of up to 70%. Experimental and theoretical analyses proved that intramolecular through-space conjugation between the "isolated" phenyl rings played an important role for this abnormal phenomenon.

A heteroatom-containing organic fluorophore 1-(4-pyridinyl)-1-phenyl-2-(9-carbazolyl)ethene (CP3E) was designed and synthesized. CP3E exhibits the effect of intramolecular charge transfer (ICT) caused by the donor–acceptor interaction between its carbazole and pyridine units. Whereas it emits faintly in solution, it becomes a strong emitter in the aggregated state, demonstrating the phenomenon of aggregation-induced emission (AIE). Its emission can be reversibly switched between blue and dark states by repeated protonation and deprotonation. Such behaviour enables it to work as a fluorescent pH sensor in both solution and the solid state and as a chemosensor for detecting acidic and basic organic vapors. Analyses by NMR spectroscopy, single-crystal X-ray diffraction and computational calculations suggest that the change in electron affinity of the pyridinyl unit and molecular conformation of CP3E upon protonation and deprotonation is responsible for such sensing processes.