南工大黃維院士課題組J. Am. Chem. Soc.: 通過分子自組裝增強超長有機磷光材料的發光效率和磷光壽命

【引言】

通過三線態電子輻射躍遷產生的有機磷光，憑借其較長的發光壽命、較高的量子產率和較大的斯托克斯位移，在光電和生物領域獲得了廣泛關注。目前室溫磷光的實現主要是通過無機化合物和有機金屬絡合物，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磷光材料上。然而，由于較弱的自旋軌道耦合，較快的三線態非輻射弛豫速度和由于其他未知原因所導致的猝滅因素，純機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；二是通過構建晶體、主客體摻雜、構建金屬有機框架等方法抑制三線態電子的非輻射躍遷。盡管近年來無金屬的室溫有機磷光材料取得快速發展，但是兼顧高效率和超長壽命的無金屬有機磷光材料的發展依然存在諸多挑戰。

【成果簡介】

近日，南京工業大學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，可以構建剛性很強的三維網絡將原子固定在其中，在有效減少三線態電子非輻射躍遷的同時，促進系間竄越。所獲得超分子有機框架可實現長達1.91秒的發光壽命和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"發表在J. Am. Chem. Soc.上。

【圖文導讀】

圖1.?超分子框架的結構設計示意圖

圖2. 超分子框架MA-IPA的光物理性質表征

(a).在激發和退卻激發時的熒光顯微鏡照片

(b).300nm激發光下的穩態光譜和磷光光譜

(c).激發磷光繪圖

(d).磷光弛豫和擬合曲線

圖3. MA-IPA的單晶結構

(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在固態的光物理性質和單晶結構

(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. 超長磷光材料的應用

(a).先進材料研究院（IAM）網站的二維碼，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】

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，可以構建剛性很強的三維網絡將分子固定在其中，在有效減少三線態激子非輻射躍遷的同時，促進系間竄越。所獲得超分子有機框架可實現長達1.91秒的發光壽命和24.3%的磷光量子效率。這個材料并成功應用于黑暗環境中的二維碼識別中。這個工作不僅提供了一種構建高效超長磷光材料的方法，同時也擴展了這種材料的應用。

【文獻鏈接】

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

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

團隊介紹以及相關成果

黃維院士和安眾福團隊長期致力于無金屬室溫有機磷光材料與應用研究。2015年，該團隊在國際上提出并驗證了H-聚集結構穩定三線態激子實現超長有機磷光的分子設計思想，自此，超長室溫有機磷光受到了廣泛關注。隨后，該團隊利用分子和晶體工程，設計合成一系列新型的室溫磷光材料，實現了對其激發波長、發光顏色、發光壽命以及發光效率等性能的理性調控。近期，基于分子轉子體系，利用光活化手段，實現了超長有機磷光從靜態發光到動態發光的轉變。此外，基于這些新材料，該團隊探索了其在新型數據加密，生物成像，防偽以及氣體傳感等領域的應用。該系列創新性成果發表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

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