近日，我校费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的田禾院士、马骧教授团队在纯有机室温磷光研究领域的研究取得了新突破，提出了一种基于引入微量“三线态陷阱”添加组分作为缺陷促进其引起的电荷再结合的机理、通过能级匹配的双组分掺杂实现高效长余辉室温磷光的新策略，相关研究成果已在线发表于Science Advances (2021, 7, eabf9668)。
图1：向有机晶体中掺入微量“添加剂”构建双组分纯有机室温磷光体系
纯有机室温磷光因其长发光寿命，长发射波长和大Stokes位移而在成像，信息加密防伪和OLED领域有着重要作用，然而，在有机合成过程中往往会产生微量的副产物。研究团队最近发现无论是实验室合成还是购买的1-溴苯基咪唑（1BBI）因为含有微量的副产物DMIQI而产生明显的长余辉室温磷光，而纯的单一组份是没有室温磷光的，这不仅提示在有机室温磷光研究中需要格外注重染料化合物的纯度，而且启发了一种有效的室温磷光体系的设计策略，即使用微量有机化合物作为“添加剂”掺入到基质中产生因“添加剂”种类不同而寿命色彩各异的室温磷光，随后，筛选出七种有机小分子“添加剂”，在添加到1BBI或者无重原子的二咪唑基苯基质中均能产生有效室温磷光。室温磷光量子产率最高达74.2%，室温磷光寿命最长达430ms。分析发现，该双组分室温磷光来源于“三线态陷阱”添加组分三线态的辐射发光，而基质材料通过与“添加剂”间的电子转移产生了电荷分离态进而电子复合促进三线态的生成。研究证明，通过“三线态陷阱”添加组分与基质掺杂构成的双组份室温磷光体系不仅简便高效，而且波长和寿命可由添加组分的种类来调控。
图2：（A）1BBI的合成及其过程中产生的微量副产物；（B）含有微量副产物DMIQI的1BBI的长余辉室温磷光现象；（C）实验室筛选出的七种“添加剂”的结构及室温磷光颜色
当添加组分本身存在荧光发射，其构成的双组分体系具备荧光和室温磷光双发射现象。由于荧光和磷光的激发过程不同，导致双发射的波长依赖特性。DMQI和1BBI双组分体系的蓝色荧光和黄色室温磷光组成，使得其在280nm激发下产生白光发射。双组分体系在OLED照明领域有着潜在的应用前景。
图3：双组分DMQI/11BBI体系的荧光和室温磷光双发射白光
该成果已在Science Advances 期刊在线发表，论文第一作者为精细化工研究所博士后丁兵兵，通讯作者为马骧教授，期间得到了田禾院士的悉心指导。相关研究工作得到了国家自然科学基金委基础科学中心项目、国际合作重点项目和上海市优秀学术带头人等项目资金的支持。
详见：Bingbing Ding, Liangwei Ma, Zizhao Huang, Xiang Ma*, He Tian, Engendering persistent organic room-temperature phosphorescence by trace ingredient incorporation. Science Advances, 2021, 7, eabf9668. https://advances.sciencemag.org/content/7/19/eabf9668
