ACS Materials Letters | 通过单键锁定平面化策略实现超长室温磷光

文摘   2024-12-06 09:07   北京  

英文原题:Achieving Ultralong Room-Temperature Phosphorescence Via Single-Bond Locking Planarization Strategy

通讯作者:马骧,华东理工大学;马良伟,华东理工大学

作者:Lei Zhou (周雷), Shunxing Mu (穆顺兴), Liangwei Ma (马良伟), Ping Jiang (蒋平), Zhenyi He (何贞毅), Jinming Song (宋金明), and Xiang Ma (马骧)



背景介绍


超长室温磷光材料(URTP)因其在信息防伪和显示方面的固有优势而被广泛研究。构建超长室温磷光材料的常用策略包括主客体掺杂、共聚和晶体工程等。发光体的选择上通常是较为平面的分子,因为它们具有更刚性的结构。刚性分子结构可以有效限制分子内苯环等基团的旋转振动,减少激发态分子的结构松弛,这可以抑制三线态激子的非辐射失活,有利于构建 URTP。


图1. 单键锁定平面化策略实现超长室温磷光



文章亮点


近日,华东理工大学马骧教授团队通过单键锁定平面化策略成功制备了超长室温磷光材料(图 1)。为了深入研究发光体从扭曲结构到平面结构的转变对发光特性的影响,他们选择从不含有重原子和羰基的三苯胺(TPA)开始,通过单键锁定策略锁定两个苯环,实现平面刚性化。通过一次锁键可以得到化合物 9-苯基咔唑(PCZ),通过二次锁键可以得到吲哚并[3,2,1- j,k]咔唑(ICZ)。为了实现室温下的长寿命发射,选择硼酸(BA)作为基质,并通过主客体掺杂制备了三种材料,即 BA@TPA、BA@PCZ 和 BA@ICZ。BA@TPA 、BA@PCZ 和 BA@ICZ 的磷光寿命分别为 1.60 秒、2.63 秒和 3.26 秒。光量子产率(PLQY)分别为 6.7%、17.3% 和 37.7%(图 2)。由此可见,从扭曲结构转变为平面结构时,客体分子的发光性能得到了改善。


图2. 三种掺杂材料的光物理性质研究


为了进一步研究分子平面性,刚性和发光性能之间的关系。进行了单晶测试分析,分子平面性参数值和平面偏差跨度值,对分子平面性进行定量和图解分析,可以看出从TPA到PCZ再到ICZ,平面性是在不断增强的。通过半峰全宽(fwhm)、均方根位移(RMSD)和 Huang-Rhys 因子表明了随着分子平面性的增强,其分子刚性也在不断增强。掺杂材料的温度依赖性测试分析发现它们的磷光寿命都随着温度的升高而降低,但降低的程度不相同。通过分析寿命衰减曲线的积分,可以发现TPA的衰减程度最大,而ICZ的衰减程度最小(图 3)。这一结果与理论计算结果一致,表明刚性分子的结构对外界温度变化不敏感,有利于实现高效的URTP。


图3. 分子平面性,刚性和发光性能之间的关系研究



总结/展望


本文采用单键锁定平面化策略,成功地实现了TPA从扭曲的柔性分子到平面刚性分子的转变,得到PCZ和ICZ。单晶数据和MPP值表明,ICZ具有良好的平面性。描述基态和激发态约束变化的RMSD值和HR因子表明,在平面化过程中,分子的刚性随之增加,激发态结构弛豫受到抑制。因此,当客体分子掺杂到硼酸中时,我们可以发现更高的平面度与更长的磷光寿命相关。最后,通过单线态三线态福斯特共振能量转移实现了全色余辉,并成功应用于防伪和光电信息显示。单键锁定平面化的策略为URTP材料的构建提供了重要的参考价值。


相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上,华东理工大学博士研究生周雷和硕士研究生穆顺兴为文章共同第一作者,马良伟副研究员马骧教授为通讯作者。


通讯作者简介:

马骧 教授


华东理工大学化学院院长,精细化工研究所常务副所长。英国皇家化学会Fellow(FRSC)。英国染色家学会染料索引(Colour Index)编委,Dyes Pigm执行主编。主要从事基于功能染料的有机光电组装材料的研究。已在Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., Sci. Adv., Natl. Sci. Rev., Nat Commun, Matter, JACS, Angew等发表论文180余篇,引用12000余次,授权发明专利20余件,学术译著两部等。获上海市自然科学一等奖(2023年度),青山科技奖(2022),国家杰青(2021),上海市自然科学二等奖(2019年度)等。

马良伟 副研究员


华东理工大学特聘副研究员。主要从事有机功能染料研究,包括纯有机室温磷光、光致变色染料等。已在Angew, CCS Chem., JACS Au, Adv. Funct. Mater.等发表论文20余篇。获国家博新计划、上海市超级博士后、博士后面上、国家自然科学青年基金等项目资助。


课题组网站链接:

https://www.x-mol.com/groups/XiangMa


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ACS Materials Lett. 2024, 6, XXX, 5384–5391

Publication Date: November 8, 2024

https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.4c02116

Copyright © 2024 American Chemical Society

Editor-in-Chief

Sara E. Skrabalak

Indiana University Bloomington


Deputy Editor

Bin Liu

National University of Singapore

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