超长有机磷光材料的研究取得新进展

长余辉发光，是指光激发停止后，仍持续发光的现象。由于其长时间的发光特性，该材料广泛应用在显示、装饰等光电子器件领域。

与无机长余辉材料（金属氧化合物和金属配合物等）相比，有机长余辉材料具有柔性、丰富的激发态性质以及低成本、易修饰等特点，近几年来受到了科研工作者的广泛关注。然而在室温条件下，由于弱的自旋轨道耦合，或者由于氧气、分子振动导致三线态激子的严重非辐射失活，导致有机磷光材料的发光效率通常很低。尽管可以通过理性分子设计，如引入强分子间氢键、主客体掺杂以及重原子等获得高效的有机磷光，但是通常得到的分子刚性强，很难在固态下表现出可调控的发光行为，同时重原子的引入使得材料在稳定性和生物毒性方面遇到难题。鉴于以上因素，超长有机磷光材料在实际应用方面受到较大影响。

图1. a) 室温条件下的稳态荧光及磷光光谱； b) 硼簇发光分子结构； c) 高效磷光发光机理

基于前期在硼簇实现高效磷光金属配合物的研究基础上（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13434; Chem. Sci. 2017, 8, 5930），燕红课题组利用硼簇构筑了超长有机磷光分子（图1）。研究发现，在激发态具有s芳香性的硼簇单元可与有机共轭体系发生分子内电子耦合，有效促进系间窜越；同时刚性碳硼烷笼状骨架在晶态下可定向形成多重分子间氢键如非经典B-H×××p相互作用, 因此可以有效抑制分子运动，从而有效稳定长寿命三线态激子，使得硼簇分子的磷光寿命可达到0.666秒，绝对磷光效率为7.1%，在无重原子的有机磷光材料中表现出优异的发光性能。尤其是硼簇单元较大地拓展了分子体系的共轭结构，使得材料具备可见光激发的能力，并且表现出动态发射行为如力致和热致变色, 这些结果发表在近期Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201903920，为设计多功能有机磷光材料提供了新思路。与已报道的有机超长磷光材料相比，该类高性能有机磷光材料无金属和重原子特性使其在显示、生物成像等方面更具有应用前景。

该项工作由南京大学燕红课题组与南京工业大学安众福教授和马会利研究员合作完成，南京大学博士生涂德双及南京工业大学博士生蔡苏志为共同一作，该项研究得到了国家自然科学基金委和科技部的支持。