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近红外有机发光材料因其在电致发光器件、光学通信以及生物医药领域的广泛应用而备受关注。对于发射峰值波长超过750 nm的发光材料,由于“能隙定律”,其光致发光效率(PLQE)远低于可见光发光材料。鉴于有机自由基分子具有低成本、低生物毒性以及易于化学修饰的特点,开发峰值波长超过750 nm的高效近红外有机发光自由基十分有意义。
2018年,吉林大学李峰教授团队报道了二苯甲基自由基Cz-BTM和PyID-BTM。这一发光自由基体系的单电子占据分子轨道(SOMO)的电子云均匀分布在整个自由基分子骨架上。基于这一性质,李峰教授团队通过将一个强给电子基团DMNA引入Cz-BTM和PyID-BTM,设计合成了发射峰值波长超过750 nm的高效近红外发光自由基DMNA-Cz-BTM和DMNA-PyID-BTM。
在甲苯稀溶液中,DMNA-Cz-BTM(λem = 758 nm, PLQE = 55%)和DMNA-PyID-BTM(λem = 778 nm, PLQE = 66%)均显示出峰值波长超过750 nm的高效近红外发射。光物理分析表明DMNA-Cz-BTM和DMNA-PyID-BTM的高效发光源于其非辐射跃迁被有效抑制。
自然跃迁轨道(NTO)计算结果显示,DMNA-Cz-BTM和DMNA-PyID-BTM的第一激发双线态为电荷转移态且电子和空穴是空间分离的。此外,其电子和空穴分布具有非成键轨道特征。这使得DMNA-Cz-BTM和DMNA-PyID-BTM的高频振动(1380 cm-1~1700 cm-1)相对于Cz-BTM和PyID-BTM得到了有效抑制。
此外,DMNA-Cz-BTM和DMNA-PyID-BTM在低频区(< 600 cm-1)的振动相对于Cz-BTM和PyID-BTM也得到了有效的抑制。故DMNA-Cz-BTM和DMNA-PyID-BTM的非辐射跃迁得到了明显的抑制,在一定程度上打破了“能隙定律”,实现了高效近红外发光。值得注意的是,DMNA-PyID-BTM是目前已报道的发射峰值波长超过750 nm的具有最高 PLQE的纯有机近红外发光分子。
论文信息
Highly Efficient Near-Infrared Luminescent Radicals with Emission Peaks over 750 nm
Chunxiao Wu, Dr. Chen Lu, Shilong Yu, Minzhe Zhang, Prof. Dr. Houyu Zhang, Prof. Dr. Ming Zhang, Prof. Dr. Feng Li
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202412483
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