【引言】

通過三線態(tài)電子輻射躍遷產(chǎn)生的有機(jī)磷光，憑借其較長的發(fā)光壽命、較高的量子產(chǎn)率和較大的斯托克斯位移，在光電和生物領(lǐng)域獲得了廣泛關(guān)注。目前室溫磷光的實(shí)現(xiàn)主要是通過無機(jī)化合物和有機(jī)金屬絡(luò)合物，比如Ir, Pt和Ru的配合物。但由于貴金屬的高成本和有限的存量，越來越多的研究集中在不含金屬的純有機(jī)磷光材料上。然而，由于較弱的自旋軌道耦合，較快的三線態(tài)非輻射弛豫速度和由于其他未知原因所導(dǎo)致的猝滅因素，純機(jī)材料很難獲得超長磷光。目前，科研工作者主要通過兩種方法來獲得有機(jī)磷光：一是通過引入芳香羰基化合物、雜原子和重原子增加自旋軌道耦合；二是通過構(gòu)建晶體、主客體摻雜、構(gòu)建金屬有機(jī)框架等方法抑制三線態(tài)電子的非輻射躍遷。盡管近年來無金屬的室溫有機(jī)磷光材料取得快速發(fā)展，但是兼顧高效率和超長壽命的無金屬有機(jī)磷光材料的發(fā)展依然存在諸多挑戰(zhàn)。

【成果簡介】

近日，南京工業(yè)大學(xué)黃維院士和安眾福教授（共同通訊）通過三聚氰胺和芳香羧基在水溶液中的自組裝制備了超長有機(jī)磷光材料。通過多種分子間相互作用形成的超分子框架，可以構(gòu)建剛性很強(qiáng)的三維網(wǎng)絡(luò)將原子固定在其中，在有效減少三線態(tài)電子非輻射躍遷的同時，促進(jìn)系間竄越。所獲得超分子有機(jī)框架可實(shí)現(xiàn)長達(dá)1.91秒的發(fā)光壽命和24.3%的磷光量子效率。該成果以題為"Simultaneously Enhancing Efficiency and Lifetime of Ultralong Organic Phosphorescence Materials by Molecular Self-assembly"發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 超分子框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

圖2. 超分子框架MA-IPA的光物理性質(zhì)表征

(a).在激發(fā)和退卻激發(fā)時的熒光顯微鏡照片

(b).300nm激發(fā)光下的穩(wěn)態(tài)光譜和磷光光譜

(c).激發(fā)磷光繪圖

(d).磷光弛豫和擬合曲線

圖3. MA-IPA的單晶結(jié)構(gòu)

(a,b).a軸和c軸上的分子堆積

(c).以MA為中心的分子間相互作用

(d).以IPA為中心的分子間相互作用

(e).MA和相鄰平面的分子間相互作用

(f).IPA和相鄰平面的分子間相互作用

圖4. MA-TPA在固態(tài)的光物理性質(zhì)和單晶結(jié)構(gòu)

(a).單晶在紫外光照時和光照后的熒光顯微鏡照片

(b).MA-TPA在310nm光照下的熒光和磷光光譜

(c).MA-TPA的瞬態(tài)光譜弛豫

(d).c軸上的分子間相互作用

(e).b軸上的分子堆積

圖5. 超長磷光材料的應(yīng)用

(a).先進(jìn)材料研究院（IAM）網(wǎng)站的二維碼，灰色部分用MA-IPA材料覆蓋

(b).365nm照射下的二維碼圖片

(c).365nm照射后的二維碼圖片

【小結(jié)】

在這個工作中，作者通過三聚氰胺和芳香羧基在水溶液中的自組裝，構(gòu)建了一種具有高效超長磷光的超分子框架。通過多種分子間相互作用形成的超分子框架，可以構(gòu)建剛性很強(qiáng)的三維網(wǎng)絡(luò)將分子固定在其中，在有效減少三線態(tài)激子非輻射躍遷的同時，促進(jìn)系間竄越。所獲得超分子有機(jī)框架可實(shí)現(xiàn)長達(dá)1.91秒的發(fā)光壽命和24.3%的磷光量子效率。這個材料并成功應(yīng)用于黑暗環(huán)境中的二維碼識別中。這個工作不僅提供了一種構(gòu)建高效超長磷光材料的方法，同時也擴(kuò)展了這種材料的應(yīng)用。

【文獻(xiàn)鏈接】

Simultaneously Enhancing Efficiency and Lifetime of Ultralong Organic Phosphorescence Materials by Molecular Self-assembly

 (J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10. 1021/jacs.8b03867)

團(tuán)隊(duì)介紹以及相關(guān)成果

黃維院士和安眾福團(tuán)隊(duì)長期致力于無金屬室溫有機(jī)磷光材料與應(yīng)用研究。2015年，該團(tuán)隊(duì)在國際上提出并驗(yàn)證了H-聚集結(jié)構(gòu)穩(wěn)定三線態(tài)激子實(shí)現(xiàn)超長有機(jī)磷光的分子設(shè)計(jì)思想，自此，超長室溫有機(jī)磷光受到了廣泛關(guān)注。隨后，該團(tuán)隊(duì)利用分子和晶體工程，設(shè)計(jì)合成一系列新型的室溫磷光材料，實(shí)現(xiàn)了對其激發(fā)波長、發(fā)光顏色、發(fā)光壽命以及發(fā)光效率等性能的理性調(diào)控。近期，基于分子轉(zhuǎn)子體系，利用光活化手段，實(shí)現(xiàn)了超長有機(jī)磷光從靜態(tài)發(fā)光到動態(tài)發(fā)光的轉(zhuǎn)變。此外，基于這些新材料，該團(tuán)隊(duì)探索了其在新型數(shù)據(jù)加密，生物成像，防偽以及氣體傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。該系列創(chuàng)新性成果發(fā)表Nat. Mater, 2015, 14, 685；Adv. Mater. 2017, 29, 1701244; J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10. 1021/jacs.8b03867; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 678; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 4005；Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8425; Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705045; J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 335； J. Mater. Chem. C 2018, 6, 226等國際著名期刊上。

【個人網(wǎng)站】

http://iam.njtech.edu.cn/ch/view.asp?id=591&class=155

http://iam.njtech.edu.cn/ch/view.asp?id=1360&class=156

來源：材料人

本文由材料人學(xué)術(shù)組gaxy供稿，材料牛整理編輯。