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北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院Angew. 有機晶體的變色長余輝發(fā)光機制的實驗和理論研究

來源:北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院      2020-02-27
導(dǎo)讀:最近,北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊清正教授、崔剛龍教授和方維海教授課題組合作報道了基于4,4'-雙(9H-咔唑-9-基)聯(lián)苯晶體(pCBP)的單組分室溫有機變色長余輝發(fā)光材料。

長余輝發(fā)光是指斷開光源后,仍能持續(xù)發(fā)光數(shù)秒或者小時以上的發(fā)光現(xiàn)象。它是一個“歷史悠久”的發(fā)光現(xiàn)象,如古代帝王夢寐以求的夜明珠在漫漫黑夜仍能發(fā)出奪目的光芒。長余輝發(fā)光材料被廣泛應(yīng)用于應(yīng)急照明、信息存儲、防偽、加密和生物成像等前沿科學(xué)領(lǐng)域。其中,有機長余輝材料由于成本低廉、結(jié)構(gòu)易修飾等優(yōu)點受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。在過去的十多年中,國內(nèi)外學(xué)者報道了數(shù)個具有超長發(fā)光時間的室溫有機長余輝發(fā)光材料,但是多數(shù)材料僅顯示一種長余輝顏色,需利用發(fā)射波長的強度變化進行防偽、數(shù)據(jù)加密等實際應(yīng)用。近年來,新型的變色有機長余輝發(fā)光材料,因為可以提供額外的加密模式而提高防偽的安全性,逐漸引起了實驗學(xué)家的高度關(guān)注,但對于實驗和理論化學(xué)家仍然是一個極具挑戰(zhàn)的課題,特別是單組分的室溫有機變色長余輝材料。

圖1: 長余輝顏色隨時間變化圖和QM(CASPT2)/MM計算得到的pCBPmCBP晶體的發(fā)光機理示意圖。


最近,北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊清正教授、崔剛龍教授和方維海教授課題組合作報道了基于4,4'-雙(9H-咔唑-9-基)聯(lián)苯晶體(pCBP)的單組分室溫有機變色長余輝發(fā)光材料。該有機晶體在激發(fā)源被移去后的一段時間內(nèi),其長余輝顏色隨時間呈現(xiàn)出從藍色到橙色的變化。實驗研究表明該奇特的發(fā)光特性是由衰減速率不同的藍光和橙光兩個發(fā)射峰造成的。發(fā)射光譜分析及高精度理論計算表明,藍光和橙光發(fā)射峰分別來自于長壽命的熱激活延遲熒光(TADF)和室溫磷光(RTP)。超長TADF是由S1與T1間較小的能量差以及從T1到S1緩慢的反向系間竄躍效率引起的。此外,pCBP晶體的TADF和RTP的發(fā)光波長顯著不同,波峰位于430 nm和560 nm。計算結(jié)果表明雙發(fā)射波長的較大能差主要來自于S1和T1極小結(jié)構(gòu)處S0能量的較大差異(見圖1)。

論文的第一作者和共同第一作者分別為北京師范大學(xué)博士生王建新和方業(yè)廣。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委的大力資助。相關(guān)論文信息:Jian-Xin Wang, Ye-Guang Fang, Chun-Xiang Li, Li-Ya Niu, Wei-Hai Fang, Ganglong Cui, and Qing-Zheng Yang. “Time-Dependent Afterglow Color in a Single-Component Organic Molecular Crystal.” Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202001141.

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