南京邮电大学陈润锋团队 Chem. Mater.: 聚集诱导能级重构促进室温磷光

2023-08-17 来源：高分子科技

有机室温磷光材料由于具有独特的光物理特性，在光电子学、分子成像、信息加密和防伪等领域极具吸引力。大量研究工作表明聚集/结晶对于实现室温磷光至关重要，高性能的有机室温磷光几乎都是在聚集体/晶体中实现的。尽管分子设计和聚集行为调节研究发展迅速，但相关机理图景仍未完全理解，特别是聚集体结构对荧光、磷光等不同发射对应激发态的调控尚不清楚。

近期，南京邮电大学材料科学与工程学院陈润锋教授团队基于D-A型结构分子，通过在固体膜中构建不同的D-A聚集体，实现了从局部激发（LE）和分子内电荷转移（ICT）态对荧光和磷光的实质性调制。系统的研究表明，D和A单元之间的聚集敏感的二面角（φ）决定电子之间的相互作用，导致φ减小时不同激发态能量的D-A耦合增强，ICT降低，而由于缺乏D-D堆叠，LE能量不受影响。这些不同的行为导致了D-A材料在聚集条件下明显的能量重排，特别是在明显发生聚集的结构下，对不同发光行为的三重态激子捕获产生了显著影响。在形成聚集体或者晶体时，单线态ICT（¹ICT）在能量上更接近单线态LE（¹LE），甚至高于三线态LE（³LE），这使得从¹LE到¹ICT的内转换和从¹ICT到³LE的系间窜越更加有效，促进了分子聚集体的RTP。这项工作对聚集引起的激发态能量重排有着深入的光物理见解，为理解固态RTP发射和开发具有D-A结构的高效RTP材料提供了重要的线索。

该工作以“Realignment of Local and Charge Transfer Excited States in Promoting Room-temperature Phosphorescence of Organic Aggregates”为题发表在Chemistry of Materials, 2023, DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c01103。文章第一作者是南京邮电大学博士后方佳文博士和南京邮电大学教师李平博士。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图1 局域激发态和电荷转移激发态的能量重排促进有机聚集体的室温磷光机理示意图

图2.随浓度增加，荧光图谱发生红移和磷光图谱发生蓝移。

图3.测试了从78到298K的磷光图谱，以区分³LE和³ICT的能级结构变化。

图4.激子动力学测试进一步验证了能级结构的变化。

该工作是团队近期关于高性能有机室温磷光、长余辉分子制备与机理研究的最新进展之一。在过去几年，团队系统发展了晶体工程、主客体掺杂、聚合等方法，在调节有机长余辉材料寿命和发光颜色等方面取得了显著进展：利用主客体方法制备了在水相仍有5s长余辉性质的材料（Angew. Chem. Int. Ed. 31 (2021): 17094-17101），首次实现了单组分多彩圆偏振有机超长余辉发光（Nat. Commun. 13.1 (2022): 429），发展了全彩水溶性聚合物长余辉材料（Sci. Adv. 8.15 (2022): eabk2925），并探索了及其在多彩安全打印中的应用，提出一种简单而有效的主体敏化和稳定孤立发色团策略（Nat. Commun. 14.1 (2023): 475），研制出兼具长寿命、高效率以及高色纯度的超余辉聚合物；利用2D超晶格嵌入策略制备出同时具有高效率、超长发光寿命、超高稳定性的全彩纯有机长余辉（Adv. Mater. 34.44 (2022): 2206712）；利用共振体系真实电子状态在不同结构之间共振的动态调节特性，建立光电材料分子设计和功能的动态调控方法，创制了新型动态共振有机长余辉(J. Am. Chem. Soc. 144.15 (2022): 6946-6953；J. Am. Chem. Soc., 145(13): 7343-7351, 2023)。

原文链接：

Realignment of Local and Charge Transfer Excited States in Promoting Room-temperature Phosphorescence of Organic Aggregates

Jiawen Fang, Ping Li, Xudong Xue, Hui Li, Dongyue Cui, Jingyu Zhang, Yang Wang, Tushar Debnath, Yanni Jie, Wei Huang, and Runfeng Chen*

Chemistry of Materials, 2023, DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c01103

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c01103

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（责任编辑：xu）

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