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近日，Angew. Chem. Int. Ed.在線發(fā)表了南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院鄭佑軒課題組在超長白光有機長余輝材料方面的重要研究成果“Two-Photon Ionization Induced Stable White Organic Long Persistent Luminescence” (2021, 10.1002/anie.202106472)。

長余輝是指材料在移除外界激發(fā)后仍能保持發(fā)光一段時間的現(xiàn)象，在生物成像、應(yīng)急指示和工藝品方面有不錯的應(yīng)用價值。相比無機長余輝材料，有機長余輝材料具有結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活多樣、發(fā)光顏色易調(diào)節(jié)、容易制備柔性透明薄膜等優(yōu)點，近幾年備受研究者關(guān)注。

但目前大多數(shù)有機長余輝材料的余輝持續(xù)時間較短，一般在數(shù)秒到數(shù)十秒?yún)^(qū)間，實現(xiàn)小時級別的余輝壽命對有機材料是一個巨大的挑戰(zhàn)。鄭佑軒課題組曾在2019年報道了首例基于環(huán)仿衍生物的有機長余輝材料，在室溫條件下，移除外部激發(fā)光源，材料本身可以持續(xù)發(fā)光數(shù)秒(Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 17220-17225)。能夠?qū)崿F(xiàn)小時級別余輝壽命的相關(guān)報道較少，且多采用微量復(fù)合物摻雜的方式。這類體系為實現(xiàn)白光余輝需要在復(fù)合物的基礎(chǔ)上繼續(xù)引入兩個額外的熒光小分子，體系復(fù)雜且對熒光小分子有較高的要求。除了復(fù)合物摻雜外，另外一種可以實現(xiàn)有機長余輝的方式是通過雙光子電離將處于激發(fā)態(tài)的分子繼續(xù)激發(fā)至電離態(tài)，從而產(chǎn)生電荷分離中間體。目前對雙光子電離機制的研究較為匱乏，且在過去的研究中需要采用78 K的低溫以及極高的功率才能夠成功引發(fā)。但在雙光子電離過程中，余輝會同時包含來自客體分子的單線態(tài)和三線態(tài)激發(fā)態(tài)的貢獻，因此這一機制理論上是實現(xiàn)白光余輝最直接和最理想的途徑。

近日，鄭佑軒課題組報道了一系列基于簡單的二元體系，利用雙光子電離機制在室溫條件下即可實現(xiàn)超長有機白光余輝的材料。幾組有機薄膜在摻雜到三苯基膦中表現(xiàn)出明顯的室溫磷光性質(zhì)；而將客體分子摻雜到DBTSPO主體中，薄膜在移除激發(fā)光源后余輝均可以持續(xù)20分鐘以上，最長可以持續(xù)約40分鐘。 

根據(jù)客體分子的不同，薄膜余輝的CIE坐標(biāo)分別為(0.19, 0.22)、(0.31, 0.35)、(0.33, 0.33)和(0.31, 0.46)，分別對應(yīng)于天藍光、標(biāo)準(zhǔn)白光、標(biāo)準(zhǔn)白光和暖白光。對客體分子的單線態(tài)、三線態(tài)激發(fā)態(tài)分析以及SOC過程分析發(fā)現(xiàn)，客體分子本身的光物理性質(zhì)對余輝的發(fā)光性質(zhì)起到了決定作用。因此這類體系可以直接通過客體分子的篩選簡單高效的實現(xiàn)余輝性質(zhì)的預(yù)測和調(diào)節(jié)。

博士生梁嘯為第一作者，鄭佑軒為通訊作者。特別感謝左景林教授對該工作的幫助和支持，以及國家自然科學(xué)基金(51773088, 21975119)的資助。