科学家突破有机长余辉瓶颈，创新策略实现蓝光发射并达ISOA级亮度

近期，日本冲绳科学技术大学院大学与苏州大学团队合作提出了一种创新策略，通过利用电荷转移（CT，charge-transfer）态向局域激发单重态（LE，locally excited）的上转换机制，首次实现了高效蓝光二元有机长余辉材料。

更值得关注的是，基于该策略的三元体系使有机余辉材料首次满足 ISO 17398 规定的 A 级长余辉标准，表明有机长余辉材料可以实现与商用无机长余辉材料相当的余辉性能；研究团队通过精确调控材料的发光色坐标，使其与人眼暗视觉曲线高度匹配，从而显著提升了材料在黑暗环境中的亮度和持久性。

这一突破性进展不仅可以促进高效有机长余辉材料的开发，也为开发高效稳定的蓝光 OLED 提供了全新思路。

该策略的设计灵感源于非富勒烯受体太阳能电池领域的最新发现。在太阳能电池中，当电荷转移态与局域激发态之间的能差极小化时，电荷分离效率受影响很小，但激子非辐射过程受到压制，从而优化了电池的整体性能。

研究团队巧妙地将这一原理引入有机长余辉材料的设计中：由于这类材料同时涉及电荷分离与复合发光过程，通过精确调控 CT 与 LE 态之间的能差，不仅实现了更窄的发光光谱，使发射更接近局域激发态的特征，还显著提高了发光效率，并增强了对发光颜色的可调控性。

为验证该策略的优越性，研究团队设计了系统的对比实验。结果显示，仅依赖激基复合物发光的对照体系在效率和光谱宽度上均逊于采用新策略的体系，从而清晰证明了该方法的有效性。

进一步优化后，团队首次在标准测试条件下实现了有机余辉业内最佳的夜光指示性能。此外，该研究定量揭示了 CT 与 LE 态能差对电荷分离和发光特性的影响规律，不仅深化了对有机长余辉发光机制的理解，也为有机光伏材料的能级设计提供了重要参考。

日前，相关论文以《通过从电荷转移态到局域激发单重态的上转换实现蓝色有机长余辉发光》（Blue organic long-persistent luminescence via upconversion from charge-transfer to locally excited singlet state）为题发表在Nature Communications[1]。

日本冲绳科学技术大学院大学林泽森博士（现新加坡国立大学博士后）是第一作者兼共同通讯作者，苏州大学陈先凯教授和日本冲绳科学技术大学院大学嘉部量太（Ryota Kabe）助理教授担任共同通讯作者。

有机长余辉材料领域长期面临发光效率与颜色调控难以兼顾的核心矛盾。传统理论认为，增大 CT 与 LE 之间的能差可以增强电荷分离驱动力，从而提高余辉发光效率。但，这一做法却严重限制了光色调控的灵活性：CT 态的发光特性与调控条件高度耦合。

嘉部量太教授团队基于其在有机发光领域的长期积累，在对 CT 态的深入研究过程中，意外观测到与传统理论相悖的发光现象。通过系统分析，他们首次发现 CT-LE 能差缩小时发光反而更易偏向蓝光区域——这一现象在有机光电领域尚未见报道，成为突破现有技术瓶颈的关键线索。

为深入验证这一发现，研究团队与有机光伏专家陈先凯教授展开合作，通过精心设计的多组对照实验，系统揭示了能差与发光特性的定量关系。实验数据表明，能差存在一个最优调控区间，而非简单的“越小越好”。“我们采用精密电化学方法精确测定各材料的能级参数，通过横向对比首次建立了能差与发光性能的定量对应关系。”林泽森对 DeepTech 解释道。

这一研究思路与传统的长余辉材料（包括无机体系）研究范式形成鲜明对比：传统方法主要关注通过调控陷阱深度和分布来延长电荷分离态寿命，而本研究则创新性地从电荷分离效率这一源头入手，重点研究陷阱的“填充”过程。

林泽森指出，这种思路转变源于对有机/无机半导体本质差异的深刻认识——无机材料中电荷分离几乎无障碍，而有机材料受限于其本征特性，若仅关注后续的电荷储存和脱陷阱而忽略分离效率，将难以实现性能突破。

该研究最显著的成果之一是新材料成功达到 ISO 17398 A 类长余辉标准，这一突破不仅体现在性能指标上，更重要的是为有机长余辉领域建立了首个客观评价体系。

长期以来，该领域因激发条件、探测器灵敏度等差异导致的研究结果不可比问题，通过此次采用的行业标准化测试方法得到一定程度的解决，为后续研究提供了可重复的亮度与余辉时长评价基准，有力推动了领域的规范化发展。

有机长余辉材料在传统光电应用和新兴生物医学领域均展现出重要价值。在传统应用方面，这类材料凭借其独特的持续发光特性，已广泛应用于夜光材料、紧急指示标志和夜间表盘等场景，为人类在断电黑暗环境中提供可靠的视觉引导和信息提示。

在生物医学领域，其超长的余辉时间显著超越了传统荧光探针，能够实现更高的信噪比和更优异的组织区分度，为生物医学研究和临床诊断提供了独特优势。

值得注意的是，基于长寿命电荷分离态的有机长余辉材料还表现出独特的刺激响应特性——在外界光、热、磁场或机械力等刺激下可显著增强发光强度。虽然这一现象与余辉机制存在本质差异，但它为开发新型刺激响应材料开辟了新途径，进一步拓展了材料的应用边界。

目前，林泽森与团队正致力于厘清有机长余辉与有机磷光的本质区别，并探索这些材料在生物成像与光治疗中的应用潜力。下一阶段，团队计划将现有发现提炼为统一的物理模型，为学界提供不受激发条件影响的、可定量比较的核心参数，届时不同研究团队可通过标准化实验获取可比数据，有望彻底改变该领域长期缺乏客观评价标准的局面。

参考资料：

1.Lin, Z., Ye, J., Shinohara, S. et al. Blue organic long-persistent luminescence via upconversion from charge-transfer to locally excited singlet state.Nature Communications16, 2686 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58048-2

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