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由于在顯示、照明、生物醫(yī)學(xué)和光通信中的潛在應(yīng)用，藍(lán)色熒光粉引起了相當(dāng)大的關(guān)注。例如，藍(lán)光是固態(tài)照明和全彩顯示白光發(fā)射的核心成分。迄今為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種藍(lán)色發(fā)光材料，例如具有長(zhǎng)發(fā)光壽命的持久發(fā)光材料、幾乎100%利用單線態(tài)和三線態(tài)激子的有機(jī)磷光復(fù)合物以及具有熱激活延遲熒光的純有機(jī)發(fā)光材料。

最近，有機(jī)磷光材料已通過(guò)結(jié)晶誘導(dǎo)、H-聚集、共結(jié)晶、聚合或主客體摻雜以及許多其他方法，發(fā)展為無(wú)機(jī)持久性發(fā)光材料的替代品。盡管在實(shí)現(xiàn)可調(diào)發(fā)光顏色方面取得了成功，然而，合成具有高三重態(tài)能級(jí)和抑制非輻射躍遷的無(wú)重原子有機(jī)體系已被證明是困難的，這是高效藍(lán)色磷光的關(guān)鍵要求。

南京工業(yè)大學(xué)黃維院士、安眾福教授和新加坡國(guó)立大學(xué)劉小鋼教授在Nature Materials發(fā)表最新成果，通過(guò)限制孤立的生色團(tuán)，發(fā)展了高效的藍(lán)色磷光材料。

作者基于限制離子晶體中孤立的發(fā)色團(tuán)，展示了一種實(shí)現(xiàn)高性能藍(lán)色熒光粉的簡(jiǎn)單化學(xué)策略。

作者選擇了帶有四個(gè)羧基的鄰苯二甲酸(PMA)作為模型發(fā)色團(tuán)，羧基在氫氧化鈉存在時(shí)可以電離，形成多個(gè)離子鍵，導(dǎo)致分離的分子排列，可以忽略發(fā)色團(tuán)間的相互作用。最終形成一個(gè)剛性的分子網(wǎng)絡(luò)，有效抑制分子振動(dòng)誘導(dǎo)的非輻射躍遷。此外，在剛性分子網(wǎng)絡(luò)中的激子系統(tǒng)間穿越可以促進(jìn)磷光的增強(qiáng)。作為概念的證明，在323 K下，通過(guò)揮發(fā)PMA和NaOH試劑的水溶液合成了四鈉熱藻酸鹽(TSP)。在310 nm燈激發(fā)停止后，用肉眼觀察到明亮的深藍(lán)色余輝持續(xù)幾秒鐘。此外，這些有機(jī)熒光粉在不同條件下的光致發(fā)光(PL)表征證實(shí)，這些有機(jī)熒光粉具有良好的化學(xué)和環(huán)境穩(wěn)定性。

作者發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變帶電荷的發(fā)色團(tuán)及其反離子，可以獲得從藍(lán)色到深藍(lán)色的可調(diào)諧磷光，磷光效率最高可達(dá)96.5%。此外，這些磷光材料可以實(shí)現(xiàn)快速、高通量的數(shù)據(jù)加密、指紋識(shí)別和余輝顯示。這項(xiàng)工作將有助于高效藍(lán)色有機(jī)熒光粉的設(shè)計(jì)，并將有機(jī)磷光的領(lǐng)域拓展到新的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖文詳情

圖1. 高效藍(lán)色磷光的理性設(shè)計(jì)

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圖2. TSP晶體在環(huán)境條件下的光物理特性

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圖3. 環(huán)境條件下藍(lán)色磷光的機(jī)理研究

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圖4. 室溫條件下TPP、HSM、HPM和TNP晶體的光物理表征

圖5. 在環(huán)境條件下用于數(shù)據(jù)加密、指紋識(shí)別和余輝顯示的藍(lán)色磷光顯示

作者簡(jiǎn)介

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黃維，漢族，中國(guó)科學(xué)院院士、俄羅斯科學(xué)院外籍院士、亞太材料科學(xué)院院士、東盟工程與技術(shù)科學(xué)院外籍院士、巴基斯坦科學(xué)院外籍院士、國(guó)際歐亞科學(xué)院院士。教授、博導(dǎo)，有機(jī)電子、塑料電子、印刷電子、生物電子、納米電子和柔性電子學(xué)家。“國(guó)家重要人才計(jì)劃”特聘教授，國(guó)家“杰出青年科學(xué)基金”獲得者，“國(guó)家杰出人才計(jì)劃”特聘專(zhuān)家，“973”項(xiàng)目首席科學(xué)家。亞太地區(qū)工程組織聯(lián)合會(huì)（FEIAP）主席、世界工程組織聯(lián)合會(huì)執(zhí)委兼主席高級(jí)顧問(wèn)，俄羅斯科學(xué)院名譽(yù)博士、英國(guó)謝菲爾德大學(xué)名譽(yù)博士，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)士、國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)會(huì)士。曾兩次獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、四次獲得高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、六次獲得江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)以及何梁何利基金“科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”和中國(guó)電子學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等，成果曾經(jīng)入圍中國(guó)“高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”。

文獻(xiàn)信息

Ye, W., Ma, H., Shi, H. et al. Confining isolated chromophores for highly efficient blue phosphorescence. Nat. Mater. (2021).

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01073-5

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