华东理工朱为宏、赵伟军团队Angew：多酯化诱导可见光激活型高效率长寿命室温磷光

2023年11月16日，华东理工大学的赵伟军/朱为宏教授团队，在Angew. Chem.期刊上发表一篇题为“Efficient Visible-Light-Activated Ultra-Long Room-Temperature Phosphorescence Triggered by Multi-Esterification”的研究成果。

有机非晶态超长寿命室温磷光（UL-RTP）材料具有优异的可加工性，在柔性显示、防伪和生物成像等领域具有广泛的应用前景。然而，现已发展的绝大多数UL-RTP体系只能被具有强伤害性的紫外光激活，这很大程度上会限制它们的实际应用。传统RTP分子设计策略中引入强电子供体-受体或重金属原子效应可以实现磷光的激发红移，但这会导致磷光效率的减少或磷光寿命的降低。由于缺乏有效的设计策略，开发具有可见光激活的高效率UL-RTP分子仍然是一个巨大的挑战。

该研究报道了一种具有普适性的理性多酯化有机磷光分子设计策略：对刚性平面磷光核心（例如，以结构独特的晕苯为构建单元）进行多酯化改建，引发磷光分子光物理过程中单线态与三线态跃迁偶极矩大幅提升, 从而实现一系列可见光激活型的高效率UL-RTP薄膜材料（蓝光激发下，寿命长达2.01秒，效率高达35.4%）。基于超高性能的UL_RTP薄膜材料，该工作还开拓了其在延时白光照明及余辉加密技术中的应用。该研究为设计高性能UL-RTP分子的设计提供了新途径和理论基础。

文章的第一作者是华东理工大学的博士研究生俞佳鸿。本工作也得到南京工业大学马会利副教授理论计算指导。

图 1，可见光激活UL-RTP的分子设计策略。

通过实验和理论计算研究，该工作系统地揭示了多酯化策略在UL-RTP的产生与辐射跃迁光物理过程中起到一个“一石四鸟”的作用（图 1）：（i） 大幅增强低能级单线态的跃迁偶极矩，诱导激发光红移；（ii） 引入孤对电子，促进系间穿越过程；（iii）增加跃迁偶极矩，加速长寿命三线态激子辐射跃迁；（iv） 取代磷光中心高频振动氢原子，减弱三线态激子非辐射跃迁。

图2. UL-RTP分子的光物理过程调控。

其中最为关键的光物理过程调控机制是：与通过增强自旋轨道耦合或缩小单/三线态能隙来提高磷光效率的典型机制不同(Nat. Rev. Mater. 2020, 5, 869-885)，该多酯化策略大幅提升了低能级单线态的跃迁偶极矩，从而有效提升最低三线态的跃迁偶极矩，最终实现可见光激活与高效率长余辉型磷光特性（图2）。该策略在设计可见光激活型UL-RTP分子方面具有广泛适用性，简单而有效。

图 3. 高效率UL-RTP薄膜应用：白光LED（上图）和余辉加密（下图）。

基于薄膜材料高亮度的荧光/磷光双重发射特性，成功制备了单组分延时白光LED（图3）；同时，基于该UL-RTP分子在手机灯光、甚至普通室内灯光即可激活余辉的优异性能，成功开发了一种便捷型手机手电筒激活的余辉加密技术。该工作所设计的高性能UL-RTP分子，有望在更多应用中“大展拳脚”。

该研究成果得到了国家自然科学基金、上海市浦江计划、上海市自然科学基金、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心等资金支持。

封面来源于图虫创意