近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)張國(guó)慶教授和張學(xué)鵬研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種打破傳統(tǒng)認(rèn)知的增強(qiáng)分子光致發(fā)光的設(shè)計(jì)策略。該工作于9月21日以“Disorder-EnhancedCharge-Transfer-MediatedRoom-Temperature Phosphorescence in Polymer Media”為題發(fā)表于Angewandte Chemie（DOI：10.1002/anie.202312627）。

相比起晶態(tài)的小分子固體，高分子固體在室溫下大多是無(wú)序的狀態(tài)。這種無(wú)序體現(xiàn)在分子鏈段構(gòu)型分布的隨機(jī)性（空間無(wú)序）以及局部分子片段運(yùn)動(dòng)性（時(shí)間無(wú)序）。所以對(duì)于大部分發(fā)光分子來(lái)說(shuō)，選用小分子晶體作為基底材料就會(huì)產(chǎn)生更高的光致發(fā)光效率，這是因?yàn)闊o(wú)序會(huì)耗散電子激發(fā)態(tài)的能量。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，對(duì)于電荷轉(zhuǎn)移態(tài)介導(dǎo)的有機(jī)分子室溫磷光來(lái)說(shuō)，得到更高發(fā)光效率的關(guān)鍵在于能否讓更多的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)弛豫到磷光發(fā)射態(tài)。也就是說(shuō)，熒光效率只需要考慮保持激發(fā)態(tài)能量不被耗散，但是磷光效率需要考慮中間過(guò)程的發(fā)生?；谶@一差異，團(tuán)隊(duì)以苯胺分子給體和芘分子受體為模型分子對(duì)去驗(yàn)證該理論。

圖一：晶體與高分子基質(zhì)中構(gòu)象和能級(jí)示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在苯胺小分子（EDMA）晶體中，芘分子的發(fā)光主要是黃綠色的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)發(fā)光，發(fā)光壽命在納秒級(jí)，是典型的熒光發(fā)光；但是在非晶態(tài)的苯胺高分子（PDMA）中，除了電荷轉(zhuǎn)移熒光，還檢測(cè)到了壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)百毫秒的芘分子的室溫磷光。通過(guò)時(shí)間分辨熒光光譜和X-射線衍射等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無(wú)序的高分子體系更有利于電荷轉(zhuǎn)移態(tài)到磷光態(tài)的弛豫。

圖二：高分子基質(zhì)中自旋翻轉(zhuǎn)示意圖與長(zhǎng)余輝性質(zhì)

團(tuán)隊(duì)通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，芘分子和苯胺分子對(duì)的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)構(gòu)象和磷光態(tài)構(gòu)象發(fā)生了顯著的變化。而光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這兩個(gè)態(tài)之間的能量差異大于0.4電子伏特，這個(gè)較大的能量損失很可能是電子做功用于改變分子的構(gòu)象。

圖三：不同構(gòu)象的量化計(jì)算

為了進(jìn)一步展示無(wú)序?qū)τ袡C(jī)電荷轉(zhuǎn)移體系介導(dǎo)的磷光的關(guān)鍵作用，團(tuán)隊(duì)還拓展了不同分子給受體分子對(duì)的室溫磷光體系（NNI/PCBZ），并且發(fā)現(xiàn)機(jī)械研磨、增加晶態(tài)體系的無(wú)序也可以誘導(dǎo)出微弱的室溫磷光。而且在較強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移體系中，用綠光就可以激發(fā)出較強(qiáng)的室溫磷光，解決了分子磷光一般需要較高能量的紫外光激發(fā)的問題。

圖四：綠光可激發(fā)的室溫磷光

總結(jié)來(lái)說(shuō)，這個(gè)工作是量子力學(xué)核心原則在有機(jī)分子體系中的一個(gè)具體體現(xiàn)和應(yīng)用：即有序更有利于離域的量子態(tài)（例如電荷轉(zhuǎn)移態(tài)），而無(wú)序更容易引起定域態(tài)（例如芘分子的磷光態(tài)）。該思路為設(shè)計(jì)新型有機(jī)光電材料和器件提供了重要的實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心張學(xué)鵬研究員和張國(guó)慶教授共為論文通訊作者；中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士生程奧遠(yuǎn)為論文第一作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、量子通信與量子計(jì)算機(jī)重大項(xiàng)目、中科大雙一流科研基金和啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202312627

（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心）

網(wǎng)站內(nèi)容來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，由網(wǎng)絡(luò)編輯負(fù)責(zé)審查，目的在于傳遞信息，提供專業(yè)服務(wù)，不代表本網(wǎng)站平臺(tái)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如因內(nèi)容、版權(quán)問題存在異議的，請(qǐng)與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們將協(xié)調(diào)給予處理（按照法規(guī)支付稿費(fèi)或刪除），聯(lián)系方式：ahos@aiofm.ac.cn 。網(wǎng)站平臺(tái)將加強(qiáng)監(jiān)控與審核，一旦發(fā)現(xiàn)違反規(guī)定的內(nèi)容，按國(guó)家法規(guī)處理，處理時(shí)間不超過(guò)24小時(shí)。