In this perspective we introduce the basic photophysics of the excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) chromophores, then the state-of-the-art development of the ESIPT chromophores and their applications in chemosensors, biological imaging and white-light emitting materials are summarized. Most of the applications of the ESIPT chromophores are based on the photophysics properties, such as design of fluorescent chemosensors by perturbation of the ESIPT process upon interaction with the analytes, their use as biological fluorescent tags to study DNA-protein interaction by probing the variation of the hydration, or design of white-light emitting materials by employing the large Stokes shift of the ESIPT chromophores (to inhibit the Föster energy transfer of the components). The photophysical mechanism of these applications is discussed. Furthermore, a new research topic concerning the ESIPT chromophores is proposed based on our group's results, that is, to develop organic triplet sensitizers with ESIPT chromophores.

Triplet–triplet annihilation (TTA) is a promising upconversion approach due to its low excitation power density (solar light is sufficient), high upconversion quantum yield, readily tunable excitation/emission wavelength and strong absorption of excitation light. This review focuses on the reported TTA based upconversion examples, the challenges that are facing the developments of TTA upconversion and the design rationales for the triplet sensitizers and triplet acceptors.

Triplet-triplet annihilation (TTA) based upconversions are attractive as a result of their readily tunable excitation/emission wavelength, low excitation power density, and high upconversion quantum yield. For TTA upconversion, triplet sensitizers and acceptors are combined to harvest the irradiation energy and to acquire emission at higher energy through triplet-triplet energy transfer (TTET) and TTA processes. Currently the triplet sensitizers are limited to the phosphorescent transition metal complexes, for which the tuning of UV-vis absorption and T(1) excited state energy level is difficult. Herein for the first time we proposed a library of organic triplet sensitizers based on a single chromophore of boron-dipyrromethene (BODIPY). The organic sensitizers show intense UV-vis absorptions at 510-629 nm (ε up to 180,000 M(-1) cm(-1)). Long-lived triplet excited state (τ(T) up to 66.3 μs) is populated upon excitation of the sensitizers, proved by nanosecond time-resolved transient difference absorption spectra and DFT calculations. With perylene or 1-chloro-9,10-bis(phenylethynyl)anthracene (1CBPEA) as the triplet acceptors, significant upconversion (Φ(UC) up to 6.1%) was observed for solution samples and polymer films, and the anti-Stokes shift was up to 0.56 eV. Our results pave the way for the design of organic triplet sensitizers and their applications in photovoltaics and upconversions, etc.

2-Thienyl and 2,6-bisthienyl BODIPY derivatives (BS-SS and BS-DS) were prepared that show intense absorption (ε = 65000 M–1 cm–1 at 507 nm) and a large Stokes shift (96 nm) vs the small Stokes shift of typical BODIPY (<15 nm). Control compounds with a thienyl unit at the 8-position or phenyl substituents at the 2,6-positions were prepared (BS-1 and 9). BS-1 shows absorption/emission in the blue-shifted range and a small Stokes shift (12 nm). Compound 9 shows absorption in the red-shifted range, but the Stokes shift (<30 nm) is much smaller than that for BS-SS and BS-DS. DFT calculations propose the large Stokes shifts of BS-SS and BS-DS are due to the remarkable geometry relaxation upon photoexcitation and its substantial effect on the energy levels of molecular orbitals. For the dyes with small Stokes shifts, much smaller geometry relaxations were found. The fluorophores were used for fluorescent thiol probes, with 2,4-dinitrobenzenesulfonyl (DNBS) as the fluorescence switch. Both fluorescence OFF–ON and unprecedented ON–OFF transduction were observed, which are attributed to the different photoinduced intramolecular electron-transfer (PET) profile. All the photophysics were rationalized by DFT calculations based on the concept of "electronic states" instead of the very often used approximation of "molecular orbitals".

A red-emitting BODIPY-based fluorescent-resonance-energy-transfer (FRET) molecular probe 1 for selective detection of cysteine and homocysteine was designed. The fluorescence OFF–ON switch is triggered by cleavage of the 2,4-dinitrobenzensulfonyl (DNBS) unit from the fluorophore by thiols. The FRET energy donor (λabs = 498 nm, λem = 511 nm) is a parent BODIPY moiety and the energy acceptor is based on 4-hydroxylstyryl BODIPY moiety (λabs = 568 nm, λem = 586 nm). The unique C–C linker between the energy donor and acceptor was established using a Suzuki cross-coupling reaction. A polyether chain was also introduced into the probe to improve solubility in aqueous solution. While probe 1 itself is non-fluorescent, in the presence of cysteine or homocysteine a red emission at 590 nm is switched on (excitation at 505 nm), producing a pseudo-Stokes shift of up to 77 nm, which is in stark contrast to the small Stokes shift (ca. 10 nm) observed for typical BODIPY dyes. Excitation of the energy donor leads to the red emission from the acceptor of the probe, and demonstrates a high energy transfer efficiency. The probe was used for in vivo fluorescent imaging of cellular thiols. The fluorescence sensing mechanism of the probe and the photophysical properties of the fluorescent intermediates were fully rationalized by DFT calculations. The lack of fluorescence of probe 1 is attributed to the dark excited state S1 (oscillator strength f = 0.0007 for S0 → S1, based on the optimized S1 state geometry), which is due to the electron sink effect of the DNBS moiety. Cleavage of the DNBS moiety from the fluorophore by thiols re-establishes the emissive S1 state of the fluorophore (f = 1.4317 for S0 → S1), thus the red emission can be observed in the presence of thiols (fluorescence is turned on). The FRET effect of the probe was rationalized by DFT calculations which indicated that upon excitation into the S4 excited state (localized on the energy donor unit), the S1 state (localized on the energy acceptor, i.e. styryl-BODIPY) is populated via internal conversion (IC), thus red emission from the styryl-BODIPY energy acceptor is observed (Kasha's rule).

Up, up, and away! The long-lived 3IL excited states of RuII polyimine complexes were found to be more efficient in sensitizing upconversion based on triplet–triplet annihilation (TTA) and energy transfer (TTET) than the shorter-lived 3MLCT excited states (see picture). Upconversion occurs with an anti-Stokes shift of up to 0.77 eV. 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.

Monitoring of reactive oxygen species (ROS), such as O