華東理工大學田禾院士馬驤課題組Acc. Chem. Res.: 組裝誘導發光——一種構建純有機無定形態室溫磷光材料的有效方法

【引言】

室溫磷光材料因為具有較長的磷光壽命和較大的斯托克斯位移而受到了廣泛地關注，并廣泛地應用于分析、生物成像和有機發光二極管中。早期的磷光材料通常為重金屬有機絡合物。由于重金屬絡合物中會發生有效的金屬-配體電荷轉移，較強的自旋-軌道耦合可以提高系間竄越的效率，單線態和三線態激子合并，提高磷光衰變的速率。然而重金屬有機絡合物對環境的破壞程度較大，且合成成本較高，因此需要開發不含金屬的純有機室溫磷光材料。但有機芳環中的三重態激子直接輻射弛豫產生的磷光通常在很低的溫度（77K）下才會發生，極大程度上限制了純有機磷光材料的應用。

在設計純有機室溫磷光分子時，必須要考慮以下兩個關鍵因素：一個是促進單線態到三線態的系間竄越；另一個是最大程度上抑制非輻射躍遷。因此，晶態堆疊是用來產生剛性環境，抑制非輻射躍遷來增強室溫磷光發射的有效途徑和常用方法。目前為止，一些文章已經報道了具有高效室溫磷光發射的純有機晶態化合物，其中一些化合物能夠產生有效的室溫磷光，并具有良好的量子產率。

【成果簡介】

近日，華東理工大學田禾院士馬驤教授團隊總結了純有機無定型態室溫磷光材料的最新進展。這篇綜述重點關注于通過超分子相互作用（如主客體相互作用和氫鍵剛性化基質）抑制非輻射躍遷，從而誘導或增強室溫磷光。此外，這篇文章就“組裝誘導發光”的策略發展純有機無定形態室溫磷光材料提出了一些見解。該成果以題為“Assembling-Induced Emission: An Efficient Approach for Amorphous Metal-Free Organic Emitting Materials with Room-Temperature Phosphorescence”發表在Acc. Chem. Res.上。

【圖文導讀】

圖?1. 主客體組裝誘導室溫磷光發射的示意圖。?(a).?水相中β-CD/DAYR/α-BrNp三元體系的可逆組裝；(b).?主客體二元體系IQC[5]/CB[7]的可逆組裝；(c).?可自修復的二元主客體poly-BrNp/poly-β-CD超分子聚合物水凝膠。

圖?2. 具有室溫磷光發射的氫鍵聚合物體系。(a).?Br6A，G1和PVA的化學結構。在紫外光下嵌入PVA100中的G1磷光圖像。(b).DA1和PFMA的化學結構

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圖?3. 具有室溫磷光發射的丙烯酰胺氫鍵共聚物體系。(a).?poly-BrBA，poly-BrNp，poly-BrNpA和poly-BrCZ的結構（a），RTP發光機理示意圖（b）和RTP發射光譜及磷光產率（c-f）。

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圖4. 類固醇類和氘代氨基芴主客體高效室溫磷光發射體系。

圖5. (a)具有RTP發射的環糊精衍生物和客體熒光分子；(b).室溫磷光機理示意圖；(c-f).BrNp-β-CD,BrHB-β-CD,BrBp-β-CD和BrNpA-β-CD的室溫磷光發射光譜和壽命。

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圖6.?(a).RTP共聚物P1-P10的合成路徑和分子結構； (b).聚合物粉末的RTP發光照片。

圖7.無定型有機URTP材料的設計策略

圖8.?(a).?組裝誘導發光概念的示意圖；(b).熒光團BPC和γ-CD的化學結構式；(c).BPC和不同量γ-CD組裝體系的熒光發射光譜和發光色坐標圖(d)

【小結】

這篇綜述主要總結了無定型純有機室溫磷光材料的最新進展，重點關注了通過超分子相互作用（如主客體相互作用和氫鍵剛性化作用）限制非輻射躍遷，從而誘導或增強室溫磷光。作者在文中詳細總結了典型的純有機主客體組裝和超分子聚合物體系，氫鍵共聚物和室溫磷光發射的小分子，以及用于產生室溫磷光的自組裝體系。此外，作者還展望了純有機室溫磷光領域的一些前景和研究方向，比如提高量子產率、調控發光波長、可能的器件應用以及未來存在的挑戰。基于目前所報道的純有機無定型態室溫磷光體系，作者在此做出總結并提出了一個新概念，即“組裝誘導發光”。這個概念的核心思想在于“通過控制分子的運動從而控制其發射”。除了文章所列舉的體系外，這種組裝誘導發光的策略還適用于許多發光體系。作者希望這個概念有助于理解各種發光材料的發射機理和構建多種發光材料體系。

Xiang Ma*, Jie Wang and He Tian*. Assembling-Induced Emission: An Efficient Approach for Amorphous Metal-Free Organic Emitting Materials with Room-Temperature Phosphorescence. Acc. Chem. Res., 2019, DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00620.

本文由材料人學術組tt供稿，材料牛整理編輯。 ?

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