超長有機磷光材料的研究取得新進展

長余輝發(fā)光，是指光激發(fā)停止后，仍持續(xù)發(fā)光的現(xiàn)象。由于其長時間的發(fā)光特性，該材料廣泛應用在顯示、裝飾等光電子器件領域。

與無機長余輝材料（金屬氧化合物和金屬配合物等）相比，有機長余輝材料具有柔性、豐富的激發(fā)態(tài)性質(zhì)以及低成本、易修飾等特點，近幾年來受到了科研工作者的廣泛關注。然而在室溫條件下，由于弱的自旋軌道耦合，或者由于氧氣、分子振動導致三線態(tài)激子的嚴重非輻射失活，導致有機磷光材料的發(fā)光效率通常很低。盡管可以通過理性分子設計，如引入強分子間氫鍵、主客體摻雜以及重原子等獲得高效的有機磷光，但是通常得到的分子剛性強，很難在固態(tài)下表現(xiàn)出可調(diào)控的發(fā)光行為，同時重原子的引入使得材料在穩(wěn)定性和生物毒性方面遇到難題。鑒于以上因素，超長有機磷光材料在實際應用方面受到較大影響。

圖1. a) 室溫條件下的穩(wěn)態(tài)熒光及磷光光譜； b) 硼簇發(fā)光分子結(jié)構； c) 高效磷光發(fā)光機理

基于前期在硼簇實現(xiàn)高效磷光金屬配合物的研究基礎上（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13434; Chem. Sci. 2017, 8, 5930），燕紅課題組利用硼簇構筑了超長有機磷光分子（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，在激發(fā)態(tài)具有s芳香性的硼簇單元可與有機共軛體系發(fā)生分子內(nèi)電子耦合，有效促進系間竄越；同時剛性碳硼烷籠狀骨架在晶態(tài)下可定向形成多重分子間氫鍵如非經(jīng)典B-H×××p相互作用, 因此可以有效抑制分子運動，從而有效穩(wěn)定長壽命三線態(tài)激子，使得硼簇分子的磷光壽命可達到0.666秒，絕對磷光效率為7.1%，在無重原子的有機磷光材料中表現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光性能。尤其是硼簇單元較大地拓展了分子體系的共軛結(jié)構，使得材料具備可見光激發(fā)的能力，并且表現(xiàn)出動態(tài)發(fā)射行為如力致和熱致變色, 這些結(jié)果發(fā)表在近期Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201903920，為設計多功能有機磷光材料提供了新思路。與已報道的有機超長磷光材料相比，該類高性能有機磷光材料無金屬和重原子特性使其在顯示、生物成像等方面更具有應用前景。

該項工作由南京大學燕紅課題組與南京工業(yè)大學安眾福教授和馬會利研究員合作完成，南京大學博士生涂德雙及南京工業(yè)大學博士生蔡蘇志為共同一作，該項研究得到了國家自然科學基金委和科技部的支持。