鄭佑軒、左景林團(tuán)隊通過原位生成的銅離子對產(chǎn)生超過3小時超長室溫有機長余輝
近日，Angew. Chem. Int. Ed.在線發(fā)表了我院鄭佑軒、左景林團(tuán)隊在超長有機長余輝材料方面的研究成果“Organic Long Persistent Luminescence Through in-situ Generation of Cuprous(I) Ion Pairs in Ionic Solids” (2021, DOI: 10.1002/anie.202110251)。
長余輝材料得益于其在移除外界刺激后仍能維持一定時長發(fā)光的特點，在生物成像、應(yīng)急照明指示、水氧檢測、X射線閃爍體、工藝展示等方面有巨大的應(yīng)用潛力。目前大多數(shù)室溫有機長余輝材料產(chǎn)生的余輝持續(xù)時間在幾秒至數(shù)十秒之間。為了延長有機材料室溫條件下的余輝持續(xù)時間，目前常用的策略多以微量激基復(fù)合物摻雜的方式，利用復(fù)合物受激產(chǎn)生的長壽命離子自由基，實現(xiàn)達(dá)到小時級別的室溫超長有機余輝。超長室溫有機長余輝的研究仍處于起步階段，亟需更多能夠?qū)崿F(xiàn)小時級別有機長余輝體系的設(shè)計策略。
近日，鄭佑軒、左景林教授團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種新的能夠產(chǎn)生超長室溫有機余輝的體系，在該體系中實現(xiàn)了室溫條件下超過3小時的余輝。有趣的是，不同于大多數(shù)基于不含金屬元素的純有機復(fù)合物體系，研究者在該體系引入了一價銅配合物作為摻雜客體，三苯基膦作為主體材料，利用三苯基膦與一價銅的配位作用在熔融法制備混摻膜的過程中原位產(chǎn)生了離子對。離子對在激發(fā)后進(jìn)而產(chǎn)生穩(wěn)定的電荷分離態(tài)，最終導(dǎo)致體系能夠產(chǎn)生長達(dá)數(shù)小時的室溫有機余輝。
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為了驗證這一機制，研究者將組成該長余輝體系中的幾種可能的組分進(jìn)行了拆分，并將拆分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合利用相同的熔融法摻雜到三苯基膦薄膜中。通過對室溫條件下三維熒光、三維磷光以及瞬態(tài)的對比分析，在三苯基膦摻雜一價銅配合物的樣品以及三苯基膦同時摻雜三(三苯基膦)溴化亞銅和BINAP的樣品中，產(chǎn)生了幾乎一致的光物理特征。這兩種不同的薄膜在關(guān)閉紫外激發(fā)后均有持續(xù)數(shù)秒的明亮的黃色余輝，而在其它可能組分摻雜進(jìn)三苯基膦的樣品中則無法觀測到類似現(xiàn)象。并且，通過三(三苯基膦)溴化亞銅和BINAP在溶液中共晶生長得到的兩種單晶的分析發(fā)現(xiàn)，其中一種單晶表現(xiàn)出同樣的室溫磷光特性，進(jìn)一步驗證了這一機制的可靠性。
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另外，研究者發(fā)現(xiàn)，這種特殊的基于一價銅的類二聚體化合物的鹵素原子對體系的長余輝特性有著顯著的影響?；诘鈽虻幕衔矬w系的長余輝時間最短，而基于氯橋的化合物體系的長余輝時間最長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3小時。并且，在使用更高功率的光源進(jìn)行激發(fā)，該體系的余輝時間還會有進(jìn)一步的提升。
這種采用有機-無機雜化體系實現(xiàn)超長有機余輝的設(shè)計策略可以促進(jìn)對于該類材料的開發(fā)和應(yīng)用拓展，為實現(xiàn)小時級別的超長有機余輝提供了一種新思路。
梁嘯博士為第一作者，鄭佑軒和左景林為通訊作者，特別感謝國家自然科學(xué)基金(51773088, 21975119)的資助。
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