Chemical Science天津大學:分子二聚體在純有機室溫磷光 (RTP) 中的作用

2021-02-24 化學科訊

近日，天津大學分子聚集態科學研究院研究團隊在英國皇家化學會旗艦期刊Chemical Science上發表論文Persistent organic room temperature phosphorescence: what is the role of molecular dimers?，目標化合物CS-2COOCH3同時具備室溫磷光(RTP)、熱活化延遲螢光(TADF)和單線態激基締合物發光(singlet excimer emission)的特性，清晰描繪了室溫磷光的詳細光物理過程及其分子二聚體扮演的具體角色，首次通過明確的實驗結果揭示了分子二聚體在RTP效應中的實際作用。

有機室溫磷光材料已成為當前化學和材料學科的研究熱點，一系列具有長壽命室溫磷光(RTP)特性的有機分子被相繼報導。目前，由於純有機化合物的RTP效應是在固態時被觀察到，因此分子堆積方式與RTP特性之間的關係備受關注。分子二聚體是描述分子聚集狀態十分有效的模型，也是被研究最為廣泛的分子間相互作用形式，經常被用來解釋分子堆積對RTP特性的影響。

圖1 (A)問題的提出：分子二聚體在RTP發射過程中的確切作用是什麼，以及這一問題的解決方案，其中F1表示單分子佔主導的螢光，P1表示單分子佔主導的磷光，F2表示單線態激基締合物螢光，P2表示三線態激基締合物磷光；(B)目標化合物CS-2COOCH3的分子設計策略。

圖2 (A) CS-2COOCH3在不同狀態下歸一化的穩態發光光譜——晶態、研磨態和PMMA薄膜摻雜態；(B) CS-2COOCH3在405 和505 nm處的螢光衰減曲線；(C) CS-2COOCH3在不同狀態下的磷光光譜；(D) CS-2COOCH3晶體在430、460和490 nm處的磷光衰減曲線及其在關閉365 nm紫外燈照射後的室溫磷光照片。

天津大學分子聚集態科學研究院研究團隊研究人員通過巧妙的分子設計首次獲得了一個同時具有室溫磷光、熱活化延遲螢光和單線態激基締合物發光的純有機化合物，實現了對三重態激子和單重態激子衰減行為的深度解析。該項工作是首次嘗試根據明確的實驗結果揭示二聚體在RTP效應中的實際作用，藉助獨特的分子設計將分子二聚體在長壽命RTP發射中的作用及其激發態過程得以清楚展現。

圖3 CS-2COOCH3晶體在不同溫度下的光致發光光譜。

圖4 (A) CS-2COOCH3的單晶結構分析；(B) CS-2COOCH3晶體中的單分子和分子二聚體T1態的自然躍遷軌道(NTO)計算。

圖5 CS-2COOCH3光致發光的激發態過程示意圖。

本論文第一作者和通訊作者分別為天津大學分子聚集態科學研究院的2019級博士生王雲生和教師楊傑 ，共同通訊作者為唐本忠院士和李振教授。本論文受到了天津大學、天津市政府、國家自然科學基金(No, 51903188)，天津市自然科學基金(No, 19JCQNJC04500)的資助。

來源：天津大學

論文連結：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/SC/C9SC04632A#!divAbstract


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