主客体掺杂导致的纯有机室温超长磷光材料

来源：X一MOL资讯

通过分子设计来控制掺杂材料的发光特性，使有机材料成为许多光电应用和器件的潜在候选材料。然而，具有持久发光、高量子效率的有机掺杂材料很少有报道，且其发光机理仍然有待深入的研究。北京理工大学的董宇平、蔡政旭课题组开发了一系列纯有机的无重原子掺杂材料，把客体分子掺杂到供体或受体基质中得到的掺杂材料均具有强烈的荧光以及磷光发射，且该类材料对光、热和湿气相当稳定。

具有有机室温磷光性能的材料由于具有荧光材料所不具备的延时发光特性，所以在防伪、生物成像、光电器件等领域具有很强的应用前景。且有机磷光材料相比无机贵金属磷光材料又具有成本低、可塑性强、低毒性等优势，所以引起了研究者的广泛注意。传统的有机磷光材料带有咔唑，羰基或者氯等卤族重原子等。最近日本的Adachi教授等报道了主客体掺杂导致的室温磷光材料，但是此类材料的主体和客体必须一个是给体一个是受体。为了拓展主体或者客体的使用性，北京理工大学的董宇平、蔡政旭课题组首先设计合成了以三苯胺和苯乙腈为单元的具有D-A结构的客体化合物DOB，该客体具有微弱的短寿命磷光。并选择DOB的前体化合物即具有给体性质的三苯胺（TPA）和具有受体性质的对氰基苯乙腈（CBN）分别作为主体。DOB中的三苯胺单元会和主体CBN发生给受体之间的相互作用，同样DOB中的苯乙腈单元也会和主体TPA发生给受体相互作用。且由于DOB含有三苯胺和苯乙腈部分，会使得DOB容易进入到主体的晶格当中。作者按照客体和主体摩尔比为0.0005：1的比例通过重结晶的方法得到了掺杂材料CBN/DOB和TPA/DOB。相比原本的主体仅具有微弱的荧光，掺杂后的材料具有非常强的荧光(Ф=63%-76%)以及长寿命室温磷光(Ф=7.6%-14.5%, τ=119 ms-317 ms)。作者认为主客体之间的相互作用使得掺杂材料产生新的能级，从而导致掺杂材料具有明显的室温磷光性能。

图1.（a）客体和主体化合物的分子结构。（b）撤掉激发光源前后CBN、TPA、CBN/DOB和TPA/DOB的发光图片。（c）CBN、TPA、DOB粉末及其掺杂材料在室温下的荧光光谱。（d） CBN、TPA、DOB粉末及其掺杂材料在室温下的磷光光谱。(图片来自于ACS) 

图2：TPA/DOB和CBN/DOB掺杂材料的Jablonski图。S1, D和T1, D表示TPA的单重态和三重态，S1, A和T1, A表示CBN的单重态和三重态，S1, G和T1, G表示客体分子（DOB ），S1, C和T1, C表示主体分子和客体分子之间形成的电荷转移状态的单重态和三重态。(图片来自于ACS) 

此外，作者也探究了其他与TPA或者CBN具有相似结构的化合物作为主体，均可以与DOB掺杂得到具有良好室温磷光性能的掺杂材料，说明作者开发的新体系具有较强的普适性。且该类材料对水、光或者热都具有较好的稳定性。