Adv. Mater.：通过调节分子间相互作用实现可见光激发的超长有机磷光

【引言】

超长磷光，即持续发光或余辉发光，是一种神奇的光学现象，在移除激发光源后发光可持续数秒、数分钟或甚至数小时。具有这种特征的材料在各领域有着广泛的应用，包括显示器、应急标志、传感器和生物成像等。超长磷光历史悠久，但资源局限于掺杂过渡金属的无机物。鉴于金属组分昂贵、制备条件苛刻等缺陷，研究者们将注意力转移到了无金属对应物。直到最近，才通过主体掺杂、刚性结晶诱导等策略实现超长有机磷光（UOP）。值得注意的是，UOP几乎在所有这些材料中受紫外线激发，其应用也仅限于防伪、数据加密和传感器。与紫外光相比，可见光的光毒性更低，生物分析和生物成像的渗透性更强。因而可见光激发UOP有着巨大的研究价值。

【成果简介】

近日，南京工业大学黄维院士和安众福研究员（共同通讯作者）使用简明的化学方法，在可见光照射下的固体中，通过调节分子序列来获得明亮的UOP，例如手机手电筒。通过掺入卤素原子调节分子间相互作用，激发光谱表现出明显的红移。经过H聚集的UOP，具有8.3％的高磷光效率和0.84s的寿命。在肉眼可以识别的0.32 mcd m -2的亮度内，UOP总共可持续104秒。鉴于这些特点，超长的有机磷光材料可被用于双重数据的加密和解密。此外，通过聚合物基质封装在水溶液中分散的UOP纳米颗粒，并且研究了它们在生物成像中的应用。这一结果将为无金属有机磷光材料及其应用铺路。该成果以“Visible-Light-Excited Ultralong Organic Phosphorescence by Manipulating Intermolecular Interactions”为题于2017年7月17日发表在期刊Advanced Materials上。

【图文导读】

图1：靶分子的设计概念和分子结构的示意图

a）在固态下，可见光激发的超长磷光的分子间相互作用的示意图；

b）靶分子的化学结构。

图2：固体状态下芳香族酰胺衍生物的光物理性质

a）PhCz，CPhCz和BPhCz的稳态荧光（蓝线）和超长磷光（红线）光谱。插图：PhCz，CPhCz和BPhCz在365 nm紫外光下的照片；

b）通过分别监测530nm，530nm和536nm处的发射峰，分别获得PhCz（蓝线），CPhCz（红线）和BPhCz（绿线）的激发光谱。彩色曲线是iPhone 6 LED的光致发光光谱。插图：通过iPhone LED激发并去除光源时，PhCz，CPhCz和BPhCz的照片；

c）CPhCz的激发-磷光映射；

d）CPhCz的瞬态光致发光衰减映射，颜色从红色变为蓝色表示发光强度的下降；

e）模拟阳光激发5分钟后，CPhCz的时间依赖性亮度衰减记录；

f，g）激发强度和激发持续时间对CPhCz的稳态光致发光（黑线）和超长磷光（红线）的影响。

图3：可见光激发的超长有机磷光的合理机制

a）PhCz，CPhCz和BPhCz在分子聚集模型中的理论吸收光谱；

b）掺杂在PMMA中的5 wt％PhCz，CPhCz或BPhCz的PL光谱；

c）77K固体状态下（填色曲线），掺杂在PMMA中的5 wt％PhCz，CPhCz或BPhCz在的膜中的磷光光谱；

d）PhCz，CPhCz和BPhCz单晶中二聚体的形成；

e）聚合中可见光激发的超长磷光的能量转移过程。

图4：可见光激发的超长荧光体的应用

a）使用CPhCz，BPhCz和9AC的双加密应用；

b）CPhCz纳米粒子的TEM图像；

c）去离子水中的CPhCz NPs在室内光照下和365nm灯关闭后的照片；

d）在405nm激发的CPhCz NPs培养的活化HepG2细胞的合并共焦图像。

【小结】

研究通过卤素取代开发了一系列可见光激发的超长有机磷光材料，可在460nm下激发。H-聚集的UOP能在普通环境中获得可见光并在肉眼下观察到，持续104秒。值得注意的是，可见光激发的CPhCz粉末的发光寿命为0.84秒，磷光效率为8.3％。由于明亮的超长荧光体被可见光激发，CPhCz成功应用于双重数据加密和生物成像。据我们所知，这是生物成像研究的可见光激发UOP的第一个例子。这种新的可见光激发的UOP可以为扩大纯有机磷光材料的范围及其应用提供新的平台。

文献链接：Cai S, Shi H, Li J, et al. Visible‐Light‐Excited Ultralong Organic Phosphorescence by Manipulating Intermolecular Interactions[J]. Advanced Materials, 2017.

本文由材料人编辑部周梦青编译，点我加入材料人编辑部。

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