黄维院士团队合作突破分子态高效蓝色室温磷光

近期，西北工业大学黄维院士、南京工业大学安众福教授联合新加坡国立大学刘小钢教授在有机室温磷光（有机长余辉）领域再次取得重大突破。他们创造性地提出了“发色团限域”策略，构筑了新型离子晶体磷光材料，实现了长寿命、高效率的蓝色室温磷光，展现了该类材料在信息安全、余辉显示等领域的应用潜力，相关成果以题为“Confining isolated chromophores for highly efficient blue phosphorescence”在线发表在国际顶尖学术刊物——Nature Materials（《自然 材料》）上。

蓝光，作为光的三原色之一，是固态照明和全彩显示的核心组分，同时在生物医学、光通讯等领域也展现出广阔的应用前景。2014年诺贝尔物理学奖也颁给了“高亮度蓝色发光二极管（LED）”的三位发明者。目前，各种各样的蓝光材料被广泛研究开发，例如：无机荧光粉、金属配合物和热激活延迟荧光材料等。近年来，有机室温磷光材料受到了广泛关注，连续两年（2019和2020年）被中国科学院与科睿唯安联合发布《研究前沿》评选为化学与材料科学领域Top10热点前沿。促进单重态和三重态之间的系间窜越和抑制三重态激子的非辐射跃迁是实现纯有机室温磷光的关键。然而，三重态激子的耗散途径很多，如非辐射跃迁、延迟荧光、三重态-三重态湮灭、氧气水汽的猝灭等，这严重影响纯有机室温磷光性能的提升。随着人们发现晶体工程能够利用分子间的强相互作用，有效的抑制三重态激子非辐射跃迁，并且因为其致密的分子堆积，可以减少氧气、水汽等对三重态激子的淬灭，是实现高效率室温磷光的有效途径。然而，在晶体聚集态下，分子间π-π堆积容易导致三重态-三重态湮灭，大量耗散三重态激子，影响磷光效率的提升；并且π-π堆积会使分子间共轭度增加，发光红移，难于实现蓝色磷光。如何构筑长寿命、高效率的蓝色室温磷光是无重原子有机磷光材料领域面临的挑战之一。

针对上述挑战，该团队基于前期对聚集态磷光的深入理解和对低温77 K下溶液单分子态磷光现象的深度思考，基于强作用力的离子键，他们创造性地提出了“发色团限域”策略，成功构筑了具有分子态高效室温磷光的有机离子晶体材料。研究发现抗衡离子对分子态发色团的孤立限域作用是实现高效率蓝色室温磷光的关键。他们通过调节抗衡离子和发色团单元，实现了高达96.5%的蓝色室温磷光。这也进一步验证了该设计策略的普适性。鉴于有机离子晶体的高效长余辉和水溶性特征，实现了材料在防伪、指纹识别等领域的多功能应用。值得一提的是，通过电流驱动和系统控制，他们首次实现了材料在余辉显示领域的应用。在电流驱动下，不仅实现了0-9数字的余辉显示，而且实现了多重行进路径（AB）的示踪显示，以及雷达扫描的示踪显示。相关探索研究对理解有机磷光材料分子结构、堆积方式与发光性能的关联机制具有重要意义，同时为纯有机室温磷光材料迈向新应用奠定了基础。

来源：光明日报

论文链接

https://www.nature.com/articles/s41563-021-01073-5