有机室温磷光材料的发光机理与分子设计

近年来，无金属有机室温磷光材料因在化学传感器，生物成像等方面的应用而备受关注。迄今为止，通常只能在晶体中观测到有机分子的室温磷光现象。然而，晶体的加工过程复杂，且难以控制，这极大限制了有机磷光材料的实际应用和功能化。溶液中单分子室温磷光能够有效克服这一难题，然而，由于其发光机理尚不明确，实现溶液中单分子磷光是一项巨大的挑战。

针对上述问题，近日，万博体育bet IAM团队马会利副研究员，安众福教授和黄维院士课题组，利用量子力学方法，理论上阐明了有机分子在溶液下室温磷光的来源，并成功预测了几个有机室温磷光分子。另外，该团队利用第一性原理方法，计算了β-羟基乙烯亚胺硼化合物C-BF2和S-BF2的激发态性质，对比发现，由于杂原子上的孤对电子，S-BF2分子的系间窜越速率增大了3个数量级，而且辐射速率也得到了增强。此外，T1→S0的非辐射速率却几乎不变。所以，S-BF2在溶液下具有强的室温磷光。基于此，理论预测的几个有机室温磷光分子也到了实验验证。此工作从理论计算角度出发，明确了分子激发态的动力学过程，并成功用于设计溶液中有机室温磷光分子，这将为设计单分子有机磷光材料铺平了道路。相关工作以题为“Room-Temperature Phosphorescence from Metal-Free Organic Materials in Solution: Origin and Molecular Design”发表在国际期刊The Journal of Physical Chemistry Letters（J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 1037-1042）上。

图1 有机室温磷光材料的发光机理与分子设计

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.9b00221

作者：海外人才缓冲基地（先进材料研究院）；审核：王建浦