近日，天津大学分子聚集态科学研究院研究团队在英国皇家化学会旗舰期刊Chemical Science上发表论文Persistent organic room temperature phosphorescence: what is the role of molecular dimers?，目标化合物CS-2COOCH3同时具备室温磷光(RTP)、热活化延迟荧光(TADF)和单线态激基缔合物发光(singlet excimer emission)的特性，清晰描绘了室温磷光的详细光物理过程及其分子二聚体扮演的具体角色，首次通过明确的实验结果揭示了分子二聚体在RTP效应中的实际作用。

有机室温磷光材料已成为当前化学和材料学科的研究热点，一系列具有长寿命室温磷光(RTP)特性的有机分子被相继报道。目前，由于纯有机化合物的RTP效应是在固态时被观察到，因此分子堆积方式与RTP特性之间的关系备受关注。分子二聚体是描述分子聚集状态十分有效的模型，也是被研究最为广泛的分子间相互作用形式，经常被用来解释分子堆积对RTP特性的影响。

图1 (A)问题的提出：分子二聚体在RTP发射过程中的确切作用是什么，以及这一问题的解决方案，其中F1表示单分子占主导的荧光，P1表示单分子占主导的磷光，F2表示单线态激基缔合物荧光，P2表示三线态激基缔合物磷光；(B)目标化合物CS-2COOCH3的分子设计策略。

图2 (A) CS-2COOCH3在不同状态下归一化的稳态发光光谱——晶态、研磨态和PMMA薄膜掺杂态；(B) CS-2COOCH3在405 和505 nm处的荧光衰减曲线；(C) CS-2COOCH3在不同状态下的磷光光谱；(D) CS-2COOCH3晶体在430、460和490 nm处的磷光衰减曲线及其在关闭365 nm紫外灯照射后的室温磷光照片。

天津大学分子聚集态科学研究院研究团队研究人员通过巧妙的分子设计首次获得了一个同时具有室温磷光、热活化延迟荧光和单线态激基缔合物发光的纯有机化合物，实现了对三重态激子和单重态激子衰减行为的深度解析。该项工作是首次尝试根据明确的实验结果揭示二聚体在RTP效应中的实际作用，借助独特的分子设计将分子二聚体在长寿命RTP发射中的作用及其激发态过程得以清楚展现。

图3 CS-2COOCH3晶体在不同温度下的光致发光光谱。

图4 (A) CS-2COOCH3的单晶结构分析；(B) CS-2COOCH3晶体中的单分子和分子二聚体T1态的自然跃迁轨道(NTO)计算。

图5 CS-2COOCH3光致发光的激发态过程示意图。

本论文第一作者和通讯作者分别为天津大学分子聚集态科学研究院的2019级博士生王云生和教师杨杰 ，共同通讯作者为唐本忠院士和李振教授。本论文受到了天津大学、天津市政府、国家自然科学基金(No, 51903188)，天津市自然科学基金(No, 19JCQNJC04500)的资助。

来源：天津大学

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