北理工在純有機摻雜磷光材料領(lǐng)域取得重要進展
發(fā)布日期：2019-10-29 供稿：材料學院
編輯：邵澤 審核：馬壯 閱讀次數(shù)：近日，北理工材料學院的董宇平教授與青年教師蔡政旭設(shè)計制備了一系列超長有機摻雜磷光材料。相關(guān)成果以“Revealing Insight into Long-lived Room-Temperature Phosphorescence of Host-Guest Systems”為題，發(fā)表于頂級學術(shù)期刊《Journal of physical chemistry Letters》（文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpclett.9b02411）。材料學院博士研究生雷云祥為該論文的第一作者，北理工董宇平教授和蔡政旭特聘副教授為共同通訊作者。
具有有機室溫磷光性能的材料由于具有熒光材料所不具備的延時發(fā)光特性，所以在防偽、生物成像、光電器件等領(lǐng)域具有很強的應用前景。且有機磷光材料相比無機貴金屬磷光材料又具有成本低、可塑性強、低毒性等優(yōu)勢，所以引起了研究者的廣泛注意。傳統(tǒng)的有機磷光材料帶有咔唑，羰基或者氯等鹵族重原子等。最近日本的Adachi教授等報道了主客體摻雜導致的室溫磷光材料，但是此類材料的主體和客體必須一個是給體一個是受體。為了拓展主體或者客體的使用性，董宇平課題組首先設(shè)計合成了以三苯胺和苯乙腈為單元的具有D-A結(jié)構(gòu)的客體化合物DOB，該客體具有微弱的短壽命磷光，并選擇DOB的前體化合物即具有給體性質(zhì)的三苯胺（TPA）和具有受體性質(zhì)的對氰基苯乙腈（CBN）分別作為主體。DOB中的三苯胺單元會和主體CBN發(fā)生給受體之間的相互作用，同樣DOB中的苯乙腈單元也會和主體TPA發(fā)生給受體相互作用。且由于DOB含有三苯胺和苯乙腈部分，會使得DOB容易進入到主體的晶格當中。作者按照客體和主體摩爾比為0.0005：1的比例通過重結(jié)晶的方法得到了摻雜材料CBN/DOB和TPA/DOB。相比原本的主體僅具有微弱的熒光，摻雜后的材料具有非常強的熒光(Ф=63%-76%)以及長壽命室溫磷光(Ф=7.6%-14.5%, τ="119" ms-317 ms)。作者認為主客體之間的相互作用使得摻雜材料產(chǎn)生新的能級，從而導致?lián)诫s材料具有明顯的室溫磷光性能。
此外，作者也探究了其他與TPA或者CBN具有相似結(jié)構(gòu)的化合物作為主體，均可以與DOB摻雜得到具有良好室溫磷光性能的摻雜材料，說明作者開發(fā)的新體系具有較強的普適性。且該類材料對水、光或者熱都具有較好的穩(wěn)定性。
圖1 （a）客體和主體化合物的分子結(jié)構(gòu)。（b）撤掉激發(fā)光源前后CBN、TPA、CBN/DOB和TPA/DOB的發(fā)光圖片。（c）CBN、TPA、DOB粉末及其摻雜材料在室溫下的熒光光譜。（d） CBN、TPA、DOB粉末及其摻雜材料在室溫下的磷光光譜。(圖片來自于ACS)
圖2 TPA/DOB和CBN/DOB摻雜材料的Jablonski圖。S1，D和T1，D表示TPA的單重態(tài)和三重態(tài)，S1，A和T1，A表示CBN的單重態(tài)和三重態(tài)，S1，G和T1，G表示客體分子（DOB ），S1，C和T1，C表示主體分子和客體分子之間形成的電荷轉(zhuǎn)移狀態(tài)的單重態(tài)和三重態(tài)。(圖片來自于ACS)
該研究進展得到了國家自然科學基金 （51803009,51673024, 51328302, 21404010)以及北理工學術(shù)啟動基金的資助。
北理工有機發(fā)光材料課題組簡介：
董宇平，北京理工大學材料學院教授，國家自然科學一等獎獲得者。現(xiàn)主要從事有機發(fā)光材料的研究。
蔡政旭，北京理工大學材料學院特聘副教授，武漢大學獲得學士學位，中科院化學所碩博連讀，芝加哥大學博士后研究。主要從事具有場效應、AIE特性的發(fā)光材料的研究工作，作為第一作者或通訊作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Int. Ed. Chem. 等高水平期刊發(fā)表多篇學術(shù)論文。
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