Adv.Mater.：通過調節分子間相互作用實現可見光激發的超長有機磷光

【引言】

超長磷光，即持續發光或餘輝發光，是一種神奇的光學現象，在移除激發光源後發光可持續數秒、數分鐘或甚至數小時。具有這種特徵的材料在各領域有著廣泛的應用，包括顯示器、應急標誌、感測器和生物成像等。超長磷光歷史悠久，但資源局限於摻雜過渡金屬的無機物。鑒於金屬組分昂貴、製備條件苛刻等缺陷，研究者們將注意力轉移到了無金屬對應物。直到最近，才通過主體摻雜、剛性結晶誘導等策略實現超長有機磷光（UOP）。值得注意的是，UOP幾乎在所有這些材料中受紫外線激發，其應用也僅限於防偽、數據加密和感測器。與紫外光相比，可見光的光毒性更低，生物分析和生物成像的滲透性更強。因而可見光激發UOP有著巨大的研究價值。

【成果簡介】

近日，南京工業大學黃維院士和安眾福研究員（共同通訊作者）使用簡明的化學方法，在可見光照射下的固體中，通過調節分子序列來獲得明亮的UOP，例如手機手電筒。通過摻入鹵素原子調節分子間相互作用，激發光譜表現出明顯的紅移。經過H聚集的UOP，具有8.3％的高磷光效率和0.84s的壽命。在肉眼可以識別的0.32 mcd m -2的亮度內，UOP總共可持續104秒。鑒於這些特點，超長的有機磷光材料可被用於雙重數據的加密和解密。此外，通過聚合物基質封裝在水溶液中分散的UOP納米顆粒，並且研究了它們在生物成像中的應用。這一結果將為無金屬有機磷光材料及其應用鋪路。該成果以「Visible-Light-Excited Ultralong Organic Phosphorescence by Manipulating Intermolecular Interactions」為題於2017年7月17日發表在期刊Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1：靶分子的設計概念和分子結構的示意圖

a）在固態下，可見光激發的超長磷光的分子間相互作用的示意圖；

b）靶分子的化學結構。

圖2：固體狀態下芳香族醯胺衍生物的光物理性質

a）PhCz，CPhCz和BPhCz的穩態熒光（藍線）和超長磷光（紅線）光譜。插圖：PhCz，CPhCz和BPhCz在365 nm紫外光下的照片；

b）通過分別監測530nm，530nm和536nm處的發射峰，分別獲得PhCz（藍線），CPhCz（紅線）和BPhCz（綠線）的激發光譜。彩色曲線是iPhone 6 LED的光致發光光譜。插圖：通過iPhone LED激發並去除光源時，PhCz，CPhCz和BPhCz的照片；

c）CPhCz的激發-磷光映射；

d）CPhCz的瞬態光致發光衰減映射，顏色從紅色變為藍色表示發光強度的下降；

e）模擬陽光激發5分鐘後，CPhCz的時間依賴性亮度衰減記錄；

f，g）激發強度和激發持續時間對CPhCz的穩態光致發光（黑線）和超長磷光（紅線）的影響。

圖3：可見光激發的超長有機磷光的合理機制

圖3：可見光激發的超長有機磷光的合理機制

a）PhCz，CPhCz和BPhCz在分子聚集模型中的理論吸收光譜；

b）摻雜在PMMA中的5 wt％PhCz，CPhCz或BPhCz的PL光譜；

c）77K固體狀態下（填色曲線），摻雜在PMMA中的5 wt％PhCz，CPhCz或BPhCz在的膜中的磷光光譜；

d）PhCz，CPhCz和BPhCz單晶中二聚體的形成；

e）聚合中可見光激發的超長磷光的能量轉移過程。

圖4：可見光激發的超長熒光體的應用

a）使用CPhCz，BPhCz和9AC的雙加密應用；

b）CPhCz納米粒子的TEM圖像；

c）去離子水中的CPhCz NPs在室內光照下和365nm燈關閉後的照片；

d）在405nm激發的CPhCz NPs培養的活化HepG2細胞的合併共焦圖像。

【小結】

研究通過鹵素取代開發了一系列可見光激發的超長有機磷光材料，可在460nm下激發。H-聚集的UOP能在普通環境中獲得可見光並在肉眼下觀察到，持續104秒。值得注意的是，可見光激發的CPhCz粉末的發光壽命為0.84秒，磷光效率為8.3％。由於明亮的超長熒光體被可見光激發，CPhCz成功應用於雙重數據加密和生物成像。據我們所知，這是生物成像研究的可見光激發UOP的第一個例子。這種新的可見光激發的UOP可以為擴大純有機磷光材料的範圍及其應用提供新的平台。

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