Nat Commun:揭示热激子材料同质异形体的激发态机制

文摘   2025-01-11 20:32   福建  

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原文链接:10.1038/s41467-024-55569-0

随着高效热激活延迟荧光(TADF)材料研究的日趋成熟,调控单个有机发光分子的发射特性近年来引起了越来越多的关注。

本文报道了由芴和蒽醌组成的供体-受体化合物F-AQ,它表现出多色发射和高能级系间窜越(hRISC)的TADF的多晶型。通过飞秒瞬态吸收(fs-TA)光谱研究了光动力学和激发态瞬态物种。结果,在具有芴和蒽醌基团之间π-π相互作用的晶体的fs-TA光谱中观察到通过空间电荷转移(TSCT)的明确信号,而其他非晶态固体和晶体仅显示hRISC-TADF的常规失活途径。本研究成功实现了对晶体中形态依赖的TSCT的直接观察,提供了固态超快激发态动力学的观测数据,加深了对潜在力致变色材料的设计和利用有机发光分子多态性的热致变色的认识。相关研究成果发表于《Nature Communications》上

图文解析

1 | F-AQ 及其不同固态的光物理特性。 a F-AQ 的分子结构和四种不同形态。b F-AQ ACN 溶液的稳态紫外可见吸收光谱,以及在环己烷 (λmax = 450 nm)、甲苯 (λmax = 501 nm)、二氯甲烷 (λmax = 565 nm)、四氢呋喃 (λmax = 533 nm)、乙腈 (λmax = 599 nm) 和二甲基亚砜 (λmax = 607 nm) 溶剂中测得的 F-AQ 的稳态 PL 光谱。 c F-AQ@PMMA 薄膜(λmax = 549 nm)、玻璃态(λmax = 563 nm)、amo-G(λmax = 532 nm)、amo-Yλmax = 538 nm)、cry-YGλmax = 543 nm)和 cry-Oλmax = 575 nm)的稳态 PL 光谱。d F-AQ@PMMA 薄膜、玻璃态、amo-Gamo-Ycry-YG cry-O 的发射最大值的 PL 衰减曲线。e F-AQ@PMMA 薄膜从 80 K 230 K 的温度相关 PL 衰减曲线。f F-AQ@PMMA 薄膜、玻璃态、amo-Gamo-Ycry-YG cry-O CIE 颜色空间图。g F-AQ@PMMA 薄膜的荧光峰和磷光峰的比较。 h F-AQ@PMMA 薄膜的瞬态发射光谱从 1 ns 2 s,栅极宽度为 200 ms

2 | cry-YG cry-O 的晶体结构和分析。a 提取的 F-AQ 二聚体 cry-YG cry-O 的分子相互作用和重叠(为清晰起见隐藏了氢原子)。b 基于晶体结构的 Hirshfeld 表面分析和分子间 HHCHOHCCCO OO等相互作用占总分子间相互作用的比例。c cry-YG cry-O 的电子-空穴分布(黄色等值面代表电子,粉色等值面代表空穴,等值 = 0.003)。

3 | 对溶液中的 F-AQ 进行 Fs-TA 光谱研究。a 在甲苯中测量的 F-AQ fsTA 光谱的等高线图;(b) 对甲苯中测量的 F-AQ fs-TA 光谱进行整体分析获得的归一化 EADS(c) ACN 中测量的 F-AQ fs-TA 光谱的等高线图;(d) ACN 中测量的 F-AQ fs-TA 光谱进行整体分析获得的归一化 EADS(e) 在甲苯中测量的 F-AQ nsTA 光谱的等高线图;(f) 对甲苯中测量的 F-AQ ns-TA 光谱进行整体分析获得的归一化 EADS(g) ACN 中测量的 F-AQ ns-TA 光谱的等高线图;(h) ACN 中测量的 F-AQ ns-TA 光谱进行整体分析获得的归一化 EADS

4 | 对固态 F-AQ Fs-TA 光谱研究。a F-AQ 玻璃态的 fs-TA 光谱等高线图;(b) Cry-YG 玻璃态的 fs-TA 光谱等高线图 (c) Cry-O fs-TA 光谱等高线图;(d) F-AQ 玻璃态的 fs-TA 光谱进行整体分析获得的归一化 EADS(e) Cry-YG fs-TA 光谱进行整体分析获得的归一化 EADS(f) Cry-O fs-TA 光谱进行整体分析获得的归一化 EADS

5 | F-AQ 在不同固态下的一般机理。a 示意图,说明 cry-YG cry-O 之间的不同激发态行为。b cry-YG 的激发态失活途径。c cry-O 的激发态失活途径。

6 | 利用 F-AQ 多晶型特性的应用。a 制备用于绘画的不同颜色颜料的一般程序。b 利用 F-AQ 颜料在多孔玻璃板上绘制的图案的设计和产品。c 加热至 160°C 后,用 cry-O 制作的“龙”图案的发光颜色变化。

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