近期，我校化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心马骧教授团队在极端温度耐受型有机磷光材料研究中取得重要进展，相关成果以“Phosphorescent Materials with Extreme Temperature Stability via a Dehydration-Shrinkage Strategy”为题，发表于《美国化学会志》。
有机磷光材料因其大斯托克斯位移、长寿命和丰富的激发态行为，在生物成像、信息存储与加密、3D显示等领域具有广阔的应用前景。磷光源自三线态激子，随着温度升高，增大的分子振动会加剧三线态激子的非辐射跃迁，导致磷光急剧衰减甚至猝灭。此外，发光体容易在高温下变质。如何在极端高温条件下实现高效、持久的有机磷光，一直是该领域亟待攻克的重大挑战。
图片说明:基于脱水-收缩策略的掺杂体系构建及高温磷光性能图示
基于此，马骧教授团队提出了一种脱水-收缩策略，通过将芳香族多羧酸钾盐发光分子掺杂入硼酸钠（NB）刚性离子网络中，成功构建了一系列具有极端温度耐受性的掺杂磷光体系。研究团队通过切换不同的多羧酸钾盐发光体，实现了从400 nm到680 nm的全光谱磷光发射。这些掺杂体系在573 K下仍能维持全色磷光发射和长寿命。其中，BP4AK@NB在573 K下的寿命仍达296 ms，余辉持续长达6秒。该材料在573 K连续运行超过六个月后，其磷光性能几乎没有任何衰减。这一突破性成果彻底突破了传统有机磷光材料在高温下性能骤降的局限。机理研究表明，这种极端温度稳定性源于四硼酸钠基质随温度升高发生的脱水-收缩效应。随着温度升高，四硼酸钠中的配位水和结构水逐步脱除，离子网络也随之收缩。这一收缩过程极大地增强了离子网络对发光分子的刚性限域作用，有效抑制了三线态激子的非辐射跃迁，从而实现了高温下的稳定磷光发射。此外，多羧酸钾盐发光体提供的丰富离子键位点，进一步强化了与基质的相互作用。基于其优异的多色发光和极端高温耐受特性，研究团队成功将该材料应用于高温安全指示和信息加密领域，为高温环境下的信息观察与安全通信提供了全新思路。
该论文通讯作者为马骧教授，第一作者为化学与分子工程学院博士后何贞毅。该研究工作得到了基金委基础科学中心项目和国家杰出青年科学基金等项目资金的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c13627
