室温磷光(RTP)的研究涵盖了越来越多的主题,包括余辉材料、防伪、生物成像、传感和发光器件等。在以往的研究中,由于不利的非辐射跃迁和氧猝灭剂的存在,有机分子的余辉性能通常在低温环境下展现,随着研究的不断深入,新型有机RTP材料的发展备受关注。如何在复杂环境中如氧气、水等存在条件下实现良好的RTP发射及其调控对于RTP材料的实际应用意义重大。
图1. HOF基RTP材料的结构及其RTP性能示意图。
为了进一步阐释HOFs主体促进客体磷光体RTP的作用机制,作者通过理论计算进行辅助说明(图2)。通过将单一NPA与优化后的HOFs@NPA主客体材料进行比较,可以看到HOFs@NPA单重态-三重态激发态的能隙小于未封装的NPA,并且 HOFs@NPA主客体材料具有比NPA 更大的旋轨耦合常数。同时,与单一NPA相比,嵌入HOF主体中的NPA结构发生了一定程度的扭曲,表明NPA和HOFs之间存在主客体相互作用。由此可见,HOFs主体材料为客体磷光体提供了刚性的氢键微环境且有效促进其系间窜越,从而实现了HOFs@NPA理想的RTP发射。
图2. 基于HOF@磷光分子主客体策略增强RTP机制的理论说明。
此外,利用HOFs灵活可调的结构特性,作者进一步设计了三线态到单线态福斯特共振能量转移(TS-FRET)体系(图3),以尼罗红(NilR)作为磷光能量受体和磷光分子4-溴-1,8-萘二甲酸酐(NPA)以合适的比例共同封装在HOFs中,得到的HOFs@NPA+0.1NilR在空气和水中均展现出良好的TS-FRET性能,实现了HOFs主体中有效的磷光能量转移和磷光调控。而且,所获得的HOF基RTP材料可以被加工成发光薄膜。由此可见,以HOFs作为主体材料不仅有助于促进客体磷光体的RTP发射、实现水中的磷光发射及调节,还有利于实现RTP材料的加工制造,为实际应用提供基础。总之,所提出的HOFs作为主体材料促进RTP策略有望提供一种简单、高效、灵活的方法实现水中的高性能RTP发射及调控,同时,有望为新型发光材料产业化及应用带来新思路。
图3. TS-FRET系统构建、发光性能及其加工性展示。
该论文的第一作者是青岛大学化学化工学院研究生夏庆庆,通讯作者为武明雪副教授,共同通讯作者为刘晓敏教授,王星火副教授。
原文链接:Qing-Qing Xia, Jia-Lin Yu, Zhong-Yuan Chen, Zhi-Yuan Xue, Xing-Huo Wang,* Xiaomin Liu,* and Ming-Xue Wu*, High-performance room temperature phosphorescence prompted by hydrogen-bonded organic frameworks, Cell. Rep. Phys. Sci. 2023, 101494.
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101494
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