Angew. Chem. :高能级电荷转移型单分子超长有机室温磷光材料

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开发兼具高能级(ET > 2.0 eV)和长三线态寿命(τT >100 ms)的电荷转移(3CT)型单分子超长有机室温磷光(SMUOP)材料在人工光合作用、光催化以及光伏等研究领域具有重要意义。然而,目前见诸报道的SMUOP几乎都是来自于局域激发三重态(3LE)的辐射跃迁产生的,而对于3CT型SMUOP的报道却极其匮乏。


近日,四川大学的卢志云教授团队提出,以非共轭的sp3-C为连接桥所构建的D-CH2(sp3)-A型分子,可借助D、A单元间的空间电子耦合作用,形成辐射跃迁过程具有更高禁阻性质的空间电荷转移(TSCT)激发态,进而实现高能量、长寿命的3CT型SMUOP。基于该设计策略构建的化合物NIC-DMAC,其即便是在刚性不算高的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,掺杂浓度为1.5 wt%)基质中,亦能实现3CT寿命长达210 ms,能级高达2.50 eV的SMUOP。



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值得一提的是,本工作所报道的长寿命3CT的发光实际上来自于化合物的T2态。作者通过温度相关的稳态/瞬态光致发光(PL)光谱、纳秒瞬态吸收光谱和理论计算研究发现,NIC-DMAC的3CT型磷光产生的光物理过程为:首先,光激发产生CT型第一单重激发态(1CT,S1);随后S11CT)激子经系间窜越过程转化为第一局域激发三重态(3LEA,T1);接着T13LE)激子经反内转换(RIC)过程转化为高的CT型第二激发三重态(3CT,T2);最终T23CT)激子通过辐射失活产生超长磷光。此外,作者还通过固态溶剂化效应实验证明了上述RIC过程的有效发生的前提条件是T1和T2态间的能级差需小于0.37 eV。

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总之,本工作报道了长寿命CT型单分子纯有机室温磷光材料的理性设计策略,并基于此策略构建出了首例寿命能超过100 ms的CT型单分子纯有机室温磷光化合物。这一工作为开发长寿命、高能量的电荷转移型单分子纯有机室温磷光材料提供了研究思路。

文信息

Acquiring Charge-Transfer-Featured  Single-Molecule Ultralong Organic Room Temperature Phosphorescence via  Through-Space Electronic Coupling

Kuan Chen, Yanju Luo, Ming Sun, Chuanhao Liu, Mengjiao Jia, Caixia Fu, Xingsha Shen, Chuan Li, Xujun Zheng, Prof. Xuemei Pu, Prof. Yan Huang, Prof. Zhiyun Lu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202314447

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