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由于在顯示、照明、生物醫(yī)學和光通信中的潛在應用，藍色熒光粉引起了相當大的關(guān)注。例如，藍光是固態(tài)照明和全彩顯示白光發(fā)射的核心成分。迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了多種藍色發(fā)光材料，例如具有長發(fā)光壽命的持久發(fā)光材料、幾乎100%利用單線態(tài)和三線態(tài)激子的有機磷光復合物以及具有熱激活延遲熒光的純有機發(fā)光材料。

最近，有機磷光材料已通過結(jié)晶誘導、H-聚集、共結(jié)晶、聚合或主客體摻雜以及許多其他方法，發(fā)展為無機持久性發(fā)光材料的替代品。盡管在實現(xiàn)可調(diào)發(fā)光顏色方面取得了成功，然而，合成具有高三重態(tài)能級和抑制非輻射躍遷的無重原子有機體系已被證明是困難的，這是高效藍色磷光的關(guān)鍵要求。

南京工業(yè)大學黃維院士、安眾福教授和新加坡國立大學劉小鋼教授在Nature Materials發(fā)表最新成果，通過限制孤立的生色團，發(fā)展了高效的藍色磷光材料。

作者基于限制離子晶體中孤立的發(fā)色團，展示了一種實現(xiàn)高性能藍色熒光粉的簡單化學策略。

作者選擇了帶有四個羧基的鄰苯二甲酸(PMA)作為模型發(fā)色團，羧基在氫氧化鈉存在時可以電離，形成多個離子鍵，導致分離的分子排列，可以忽略發(fā)色團間的相互作用。最終形成一個剛性的分子網(wǎng)絡，有效抑制分子振動誘導的非輻射躍遷。此外，在剛性分子網(wǎng)絡中的激子系統(tǒng)間穿越可以促進磷光的增強。作為概念的證明，在323 K下，通過揮發(fā)PMA和NaOH試劑的水溶液合成了四鈉熱藻酸鹽(TSP)。在310 nm燈激發(fā)停止后，用肉眼觀察到明亮的深藍色余輝持續(xù)幾秒鐘。此外，這些有機熒光粉在不同條件下的光致發(fā)光(PL)表征證實，這些有機熒光粉具有良好的化學和環(huán)境穩(wěn)定性。

作者發(fā)現(xiàn)，通過改變帶電荷的發(fā)色團及其反離子，可以獲得從藍色到深藍色的可調(diào)諧磷光，磷光效率最高可達96.5%。此外，這些磷光材料可以實現(xiàn)快速、高通量的數(shù)據(jù)加密、指紋識別和余輝顯示。這項工作將有助于高效藍色有機熒光粉的設計，并將有機磷光的領(lǐng)域拓展到新的應用領(lǐng)域。

圖文詳情

圖1. 高效藍色磷光的理性設計

南京工業(yè)大學黃維院士Nature Materials

圖2. TSP晶體在環(huán)境條件下的光物理特性

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圖3. 環(huán)境條件下藍色磷光的機理研究

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圖4. 室溫條件下TPP、HSM、HPM和TNP晶體的光物理表征

圖5. 在環(huán)境條件下用于數(shù)據(jù)加密、指紋識別和余輝顯示的藍色磷光顯示

作者簡介

南京工業(yè)大學黃維院士Nature Materials

黃維，漢族，中國科學院院士、俄羅斯科學院外籍院士、亞太材料科學院院士、東盟工程與技術(shù)科學院外籍院士、巴基斯坦科學院外籍院士、國際歐亞科學院院士。教授、博導，有機電子、塑料電子、印刷電子、生物電子、納米電子和柔性電子學家?！皣抑匾瞬庞媱潯碧仄附淌?，國家“杰出青年科學基金”獲得者，“國家杰出人才計劃”特聘專家，“973”項目首席科學家。亞太地區(qū)工程組織聯(lián)合會（FEIAP）主席、世界工程組織聯(lián)合會執(zhí)委兼主席高級顧問，俄羅斯科學院名譽博士、英國謝菲爾德大學名譽博士，英國皇家化學會會士、美國光學學會士、國際光學工程學會會士。曾兩次獲得國家自然科學獎二等獎、四次獲得高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎（科學技術(shù)）自然科學獎一等獎、六次獲得江蘇省科學技術(shù)獎一等獎和二等獎以及何梁何利基金“科學與技術(shù)進步獎”和中國電子學會自然科學獎一等獎等，成果曾經(jīng)入圍中國“高等學校十大科技進展”。

文獻信息

Ye, W., Ma, H., Shi, H. et al. Confining isolated chromophores for highly efficient blue phosphorescence. Nat. Mater. (2021).

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01073-5

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