三線態(tài)激發(fā)態(tài)的操控是發(fā)光材料研究領(lǐng)域的重要主題,對各種發(fā)光材料的研究均有很大影響,例如,金屬配合物磷光材料、熱激活延遲熒光 (TADF) 材料以及近期廣受關(guān)注的有機室溫磷光 (RTP) 和余輝材料。高量子產(chǎn)率(ΦP)和長余輝壽命(τP)對于有機室溫磷光和余輝材料的性能至關(guān)重要。理論上,為了獲得高效室溫磷光材料,高的系間竄越量子產(chǎn)率(ΦISC)和大的kP/(kP+knr+kq) 比率都是必要的,knr和kq分別代表三線態(tài)激發(fā)態(tài)的非輻射衰減和淬滅速率常數(shù)。研究者們通過分子設(shè)計、聚集態(tài)控制和超分子組裝等方式,控制有機分子體系的三線態(tài)激發(fā)態(tài)性質(zhì),提高了有機體系的室溫磷光和余輝效率。但高ΦP和長τP仍難以兼得。據(jù)文獻檢索結(jié)果,目前只有10余例ΦP>20%且τP>1.0 s的例子,ΦP>40%且τP>1.0 s屈指可數(shù),ΦP>60%且τP>1.0 s的例子未見報道。
中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所張卡卡課題組,選擇spiroBF2為發(fā)光摻雜劑,含有羰基官能團的分子(如4-甲氧基二苯甲酮MeOBP)作為有機基體,運用雙組分策略,通過多種機制來協(xié)同調(diào)控有機室溫余輝體系的三線激發(fā)態(tài),成功制備了余輝量子產(chǎn)率高達64%且余輝壽命>1.0 s的有機室溫余輝材料。
該工作選擇一系列具有不同偶極矩的有機基體,在雙組分余輝材料體系中,研究了有機基體和發(fā)光分子激發(fā)態(tài)的偶極-偶極相互作用對于有機發(fā)光分子激發(fā)態(tài)的系間竄越和反向系間竄越的促進作用。揭示了該雙組分體系中有機基體的作用:一方面促進系間竄越和反向系間竄越,另一方面有效抑制knr和kq,以上均為構(gòu)筑高性能有機室溫余輝材料的必要條件。
該工作得到國家自然科學(xué)基金委、上海市科委和上海有機所的大力支持。
兩份相關(guān)研究工作均發(fā)表在Advanced Optical Materials (2021, 9, 2100353和2021, 2101909)。
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圖 構(gòu)筑高余輝量子產(chǎn)率且長余輝壽命的雙組分有機室溫余輝材料:(A)光物理過程;(B)發(fā)光分子設(shè)計和基體選擇;(C)氘代spiroBF2的合成;(D)雙組分材料的室溫余輝觀察