广东工业大学霍延平团队在应力响应-烷氧基链调控AIE的发光材料研究新进展

导读

近日，广东工业大学霍延平团队在应力响应-烷氧基链调控AIE的发光材料研究新进展，相关研究工作发表在国际知名材料期刊《Journal of Materials Chemistry C》上。

聚集诱导发光分子（Aggregation-induced emission luminogen, AIEgen）作为一种具有优异性能的新型先进材料，在光电器件、荧光传感器、生物成像等领域都有着巨大的应用潜力。其中，开发高性能有机发光二极管（OLED）是AIE材料最有前途的应用之一。由于AIE材料自身具有聚集发光的性质，是非掺杂OLED器件的理想发光材料，基于聚集诱导发光材料制备的非掺杂OLED显示出优异的性能。此外，由于AIE分子较为松散的分子堆积结构，对于外界刺激具有很强的响应，这种刺激响应AIE材料能够在外界刺激下发生吸收及荧光波长的可逆变化。尤其是应力响应的发光材料，由于其在光学防伪、应力检测方面显示出广阔的应用前景，近年来成为研究热点。

近期，广东工业大学轻工化工学院的霍延平教授课题组报道了三个烷氧基链修饰的四苯乙烯基菲并咪唑衍生物，TPEO1-PPI, TPEO4-PPI和TPEO6-PPI，实验结果表明，通过在四苯乙烯基两端修饰不同长度的烷氧基链，可以改变四苯乙烯基的扭转角及整个分子的空间排列与堆积方式，从而定向有效地调控分子的AIE效应及刺激响应变色程度。

图1.具有应力响应-AIE荧光分子的结构

在此工作中，由于烷氧基链具有一定的水溶性，故而通过调节四苯乙烯两端烷氧基链长度，可以定向调控AIE现象的荧光强度倍数关系，表现为越长的烷氧基链修饰的分子越难到达聚集的状态，且随着烷氧基链长度增加，达到聚集态发光时荧光强度倍数越高。此外，由于烷氧基链长度影响其单晶状态下分子的排布，显著影响其在晶态粉末时下的发射波长，随着烷氧基链长度的增加而导致π-π堆积的减弱及C-H-π等氢键作用力的增强，促使其荧光逐渐的蓝移。并且，这些化合物表现出与烷氧基长度正相关的可逆力致变色Mechanofluorochromic（MFC）特性，而MFC光谱位移随烷氧基链长度的增加而增加(R = 1,Dl_MFC = 19 nm; R = 4, Dl_MFC = 24 nm; R = 6, Dl_MFC = 53 nm)。通过XRD衍射实验表明，在各种外部刺激下，MFC现象源于样品晶态和非晶态之间的转变(图2), 由于晶态作用力在力刺激下的消失，导致荧光光谱的显著红移，且可通过有机溶剂的熏蒸恢复。辅助以菲并咪唑基团良好的载流子传输能力，其中TPEO4-PPI为发光层的非掺杂器件获得了4.07 %的高EQE，并且在1000cd/m²的亮度下仍然能保持3.59%的EQE，显示出极低的效率滚降。该研究为拓展应力响应聚集诱导荧光分子和构建高效非掺杂OLED器件提供了新的思路。

图2.本文分子AIE聚集程度及力致变色图片及光谱，晶体堆积情况。

论文的第一作者为广东工业大学硕士生邱志鹏，通讯作者为广东工业大学籍少敏教授，霍延平教授，此工作的器件制备与福建农林大学欧阳新华教授合作。该工作以“Alkoxy chain regulated stimuli-responsive AIE luminogens based on tetraphenylethylene substituted phenanthroimidazoles and non-doped OLEDs with negligible eﬃciency roll-oﬀ ”，发表在国际知名材料期刊《Journal of Materials Chemistry C》上。该工作也得到了国家自然科学基金国家自然科学基金（21975055，61671162，21975053）、广东省基础与应用基础研究重点项目（2019B1515120023，2019B1515120035）及广东省分子聚集发光重点实验室开放基金（2019-kllma-06）的大力资助。