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Angew. Chem. :多酯化策略诱导可见光激活型高效率长寿命室温磷光2024-01-21
有机非晶态超长寿命室温磷光(UL-RTP)材料具有优异可加工性,在柔性显示、防伪和生物成像等方面具有诱人应用前景。 然而,现已发展的绝大多数 UL-RTP 体系只能由伤害性强的紫外光激活,这很大程度上限制了它们的实际应用。

传统RTP分子设计策略中引入强电子供体-受体或重金属原子效应可以实现磷光的激发红移,但这也会导致微弱或寿命极短的磷光。由于缺乏有效的分子设计策略,使得开发具有可见光激活的高效率UL-RTP材料仍然是一个巨大的挑战。

近日,华东理工大学的赵伟军/朱为宏教授团队,报道了一种普适性的理性分子设计策略:对刚性平面磷光核心(例如,晕苯为构建单元)进行多酯化改建,光物理过程中引发单线态与三线态跃迁偶极矩大幅提升, 从而开发了一系列可见光激活型的高效率UL-RTP薄膜材料(蓝光激发下,寿命长达2.01秒,效率高达35.4%),并实现其在延时白光照明及余辉加密技术中的应用。

 

 

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图 1,可见光激活UL-RTP的分子设计策略。

该工作通过实验和理论计算研究,系统地揭示了多酯化策略在UL-RTP的产生与辐射跃迁光物理过程中起到一个“一石四鸟”的作用(图 1):(i) 大幅增强低能级单线态的跃迁偶极矩,诱导激发光红移;(ii) 引入孤对电子,促进系间穿越过程;(iii)增加跃迁偶极矩,加速长寿命三线态激子辐射跃迁;(iv) 取代磷光中心高频振动氢原子,减弱三线态激子非辐射跃迁。

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图2. UL-RTP分子的光物理过程调控。

其中最为关键的光物理过程调控机制是:与通过增强自旋轨道耦合或缩小单/三线态能隙来提高磷光效率的典型机制不同(Nat. Rev. Mater. 2020, 5, 869-885),该多酯化策略大幅提升了低能级单线态的跃迁偶极矩,从而有效提升最低三线态的跃迁偶极矩,最终实现可见光激活与高效率长余辉型磷光特性(图2)。该策略在设计可见光激活型UL-RTP分子方面具有广泛适用性,简单而有效。

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图 3. 高效率UL-RTP薄膜应用:白光LED(上图)和余辉加密(下图)。

基于薄膜材料的高亮度荧光/磷光双重发射特性,成功制备了单组分延时白光LED(图3);同时,基于该UL-RTP分子在手机灯光、甚至普通室内灯光即可激活余辉的优异性能,成功开发了一种便捷型手机手电筒激活的余辉加密技术。该工作所设计的高性能UL-RTP分子,有望在更多应用中“大展拳脚”。

文信息

Efficient Visible-Light-Activated Ultra-Long Room-Temperature Phosphorescence Triggered by Multi-Esterification

Jiahong Yu, Zhiyu Sun, Huili Ma, Chengyun Wang, Wenbin Huang, Zikai He, Wenjun Wu, Honglong Hu, Weijun Zhao, Wei-Hong Zhu

文章的第一作者是华东理工大学的博士研究生俞佳鸿。本工作得到南京工业大学马会利副教授理论计算指导。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202316647