聚集诱导发光(AIE)的研究在近十年得到了极大发展,特别地得益于RIR、RIM机理的研究和提出,使AIE现象的理解变得形象,对分子设计有十分重要的指导作用。AIE分子已经被广泛应用于固态发光器件、生物成像、光动力学治疗、传感等科技前沿领域。但聚集诱导发光体系也存在一些不足之处,如在发光与传感领域中深红光分子种类少、单一发光、分子平面性差等。本文中尝试结合一些特殊的结构来克服AIE的缺点,并重点总结其中的构效规律,对部分分子的设计具有一定指导作用,同时研究了其相关应用。首先,AIE结合ESIPT(激发态分子内质子转移)体系可使得到双重荧光,Stokes位移大的新型的AIE分子,一定程度上克服AIE体系的缺点,同时,AIE的固态荧光增强的特点克服了ESIPT体系可能存在的ACQ效应。因此,我们合成一系列水杨醛亚胺结构的分子,其具有AIE+ESIPT性质,并且结构简单利于构效关系分析。结合它们的实验数据和理论计算发现,在质子给体酚环上带吸电基时,质子与质子受体距离缩小,醇式与酮式的能级差也较小,能级耦合较易利于ESIPT进行;氢键增强可锁住分子内的扭曲和-C=N-键的异构化,提高分子平面性,同样利于ESIPT进行。由于ESIPT中羟基对环境的敏感性,使发现酚环不同位置上的甲氧基,呈现共轭和电子诱导效应的竞争。甲氧基在对位时只存在共轭效应,不利于ESIPT进行。而在间位与邻位时,甲氧基的氧原子对羟基还存在吸电子的电子诱导作用,可以抵消部分共轭的供电效应,使其表现出AIE现象。其次,由水杨醛亚胺的研究结果可知,氢键在抑制分子内的扭曲(扭动)和-C=N-的异构化中有重要作用。因此,制备了一系列含硼AIE分子,用二氟化硼取代氢原子,抑制上述变化,研究其构效关系。通过光谱、晶体结构分析和理论计算的辅助验证表明:取代基的位置效应对发光波长的影响比取代基的供吸电性效应大;由于硼的锁环,分子内旋转的部位减小,在聚集过程中并不能表现出明显的AIE现象,在更僵化的晶体环境下才能比较显著地体现其荧光的增强;硼锁环后表现出与原来不同的构效规律:1)在苯环的5位,不论引入吸电基还是供电基,化合物皆表现为ACQ;2)引入供电的甲氧基时,在3或5位表现为ACQ,而在4,6位时表现为AIE(CIE);3)取代基的供吸电子效应并不是影响体系发光的最直接因素,ACQ与AIE(CIE)的差异来自于分子的堆积和分子轨道的相互作用。然后,设计结构简单的具有AIE+ESIPT+DA的查尔酮分子,基于水杨醛亚胺研究得到的规律对分子进行设计,提高其性能,可以得到深红荧光和高量子效率的分子。通过分析光谱、晶体结构等数据,研究了取代基电负性、分子平面性、分子堆积等因素对发光性能的影响。对于结晶结构几乎完全相同的化合物,通过比较,可相对定量地讨论酚环上取代基电负性对ESIPT及发光的影响。而对平面性和取代基电子效应差别不大的分子的比较中,发现相邻分子中心水平距离对发光效率影响极大;相邻分子间中心水平距离受取代基位置影响很大。最后,探索了AIE分子的应用。利用合成的分子制备了氟离子和碘离子的荧光探针。利用AIE分子的RIR发光机理结合传统的PNIPAM(聚(N-异丙基丙烯酰胺))温敏型聚合物响应机理,制备了新型的AIE聚合物温敏荧光探针。PNIPAM在温度响应时,分子链收缩,挤压AIE单元,从而激活发光。通过共聚引入第三种单体,调控其含量,可改变聚合物的温度响应区间,使共聚物的最低临界溶解温度(LCST)可在23~38 oC区间进行调控,荧光响应覆盖23~47 oC。另外,对其在细胞成像和寿命成像中的应用进行了初步研究,结果表明其具有生物应用潜力。对材料分子的构效关系和应用的研究有十分重要意义,一方面,构效关系可以指导分子设计,提高材料性能,另一方面,开拓其功能可以促进其研究的进一步发展。