黄维院士/刘小钢/安众福最新Nature Materials！

原创鲜辉研之成理

▲第一作者：Wenpeng Ye, Huili Ma, Huifang Shi

通讯作者：安众福，刘小钢，黄维

通讯单位：南京工业大学, 南京邮电大学，西北工业大学，新加坡国立大学，天津大学-新加坡国立大学福州联合学院

DOI: 10.1038/s41563-021-01073-5

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背景介绍

蓝色荧光粉由于在显示、照明、生物医学和光通信中的潜在应用引起了人们极大的关注。如蓝光是固态照明和全彩显示白光发射的核心成分。迄今为止，已经开发了多种蓝色发光材料，如具有长发光寿命的持久发光材料、几乎 100% 利用单线态和三线态激子的有机磷光复合物以及具有热激活延迟荧光的纯有机发光材料。最近，通过结晶诱导、H-聚集、共结晶、聚合或主客体掺杂以及许多其他方法，有机磷光材料已被开发作为无机持久发光材料的替代品。尽管在实现可调发光颜色方面取得了成功，但开发无重原子、具有长寿命和高转换效率的蓝色磷光材料仍然是一项艰巨的挑战。

本文亮点

1、作者开发了一种将孤立的发色团限制在离子晶体中的简单化学策略，用于实现高性能蓝色磷光体。

2、通过改变带电发色团及其反离子，可以实现从蓝色到深蓝色的可调磷光，最大磷光效率为 96.5%。

3、这些磷光材料可实现快速、高通量的数据加密、指纹识别和余辉显示。

4、这项工作将促进高效蓝色有机磷光体的设计，并将有机磷光领域扩展到新的应用领域。

图文解析

▲图1. 高效蓝色磷光的合理设计

要点：

1、在不含重原子的有机物中获得磷光存在两个先决条件：加速激子系统间交叉（ISC）从单重态激发态到三重态激发态来增强三重态激子；构建刚性分子环境通过非辐射跃迁最大限度地减少三重态激子的耗散。

2、作者推断，将孤立的发色团限制在具有最小非辐射跃迁的刚性晶体中可能会显著提高蓝色磷光效率。

▲图2. TSP 晶体在环境条件下的光物理特性

要点：

1、作者选择具有四个羧基的均苯四酸 (PMA) 作为模型发色团，在 323 K 下挥发 PMA 和 NaOH 的水性混合物合成了均苯四酸四钠 (TSP)。

2、TSP 晶体的稳态 PL 和磷光光谱均在 447 nm 处显示蓝色发射。在环境条件下，TSP 晶体在 447 nm 处的最大发射寿命为 168.39 ms。

3、在 220 到 340 nm 的激发下，PL 和磷光光谱都显示出在大约 447 nm 处的主要发射带。TSP晶体的绝对磷光量子效率达到66.9%。

4、在 447 nm 处发射的磷光寿命为 209.85 ms (77 K)，这些结果表明发色团电离可以抑制分子运动以增强磷光，其效果与低温（77 K）相同。

▲图3. 环境条件下蓝色磷光的机理研究

要点：

1、PMA 在稀溶液中的磷光光谱显示出在 442 nm 处的主要发射带。钠离子化后，在相同条件下对 PMA 观察到类似的 447 nm 发射，表明钠离子不影响磷光。

2、晶体中的分子分布分析表明 PMA 发色团被钠阳离子分隔，类似于笼形。

3、证实了蓝色磷光的起源来自离散发色团而不是发色团聚集体。

4、根据实验和理论结果，作者推断高效蓝色磷光来源于单分子状态的发色团。强离子键使每个发色团具有刚性、孤立的环境，从而降低非辐射衰减率并提高 ISC 率。

▲图4. TPP、HSM、HPM 和 TNP 晶体在环境条件下的光物理特性

▲图5. 环境条件下用于数据加密、指纹识别和余辉显示的蓝色磷光演示

要点：

1、作者合成了一系列离子磷光体，包括均苯四酸四钾 (TPP)、苯六甲酸六钠 (HSM)、苯六甲酸六钾 (HPM)、均苯四酸四铵 ( TNP）和四苄胺均苯四酸酯（TMP）证明了高效蓝色磷光方法的通用性。

2、TPP、HSM、HPM、TNP 和 TMP 晶体的稳态 PL 和磷光光谱分别在 420、407、410、454 和 464nm 处显示发射峰。其中TNP 晶体的绝对量子效率为 96.5%。

3、所研究的所有磷光体都具有相对较长的寿命（101.20-199.17 ms）。

4、这项研究可能为未来从显示和照明到数据加密和生物成像等广泛应用的高性能有机磷光体铺平道路。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-021-01073-5

作者简介

黄维

黄维，中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士。教授、博导，有机电子、塑料电子、生物电子、印刷电子与柔性电子学家。

黄维院士在柔性电子学、特别是有机电子学等领域取得了大量系统性、创新性的研究成果，以第一或通讯作者身份在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Energy、Nature Chemistry、Nature Electronics以及Nature Communications等国际主流SCI学术期刊发表研究论文800余篇，h因子为140，国际同行引用逾90000次，是材料科学与化学领域全球高被引学者。获授权美国、新加坡和中国等国发明专利360余项，出版了《有机电子学》《生物光电子学》《有机薄膜晶体管材料器件和应用》《有机光电子材料在生物医学中的应用》《OLED显示技术》等学术专著。

刘小钢

刘小钢，新加坡国立大学化学系教授，课题组主要从事稀土、钙钛矿等发光材料及相关功能材料和器件的设计、合成、机理研究，主要探索这些发光材料在传感探测、x射线检测、光学成像、显示、光学防伪及生物医学等领域的应用。课题组近年来发表SCI论文100余篇，被引用共计两万五千余次，其中六篇文章引用过千次。

课题组主页：http://liuxg.science.nus.edu.sg

安众福

安众福，于2014年获得南京邮电大学博士学位；2014年5月赴新加坡国立大学化学系从事博士后研究；2015年加入南京工业大学先进材料研究院。研究方向：有机光电材料与器件，包括有机长余辉发光材料、有机电致发光材料、新能源材料与智能响应材料的制备；该类材料在柔性光电子器件方面的应用，包括有机电致发光二极管器件、有机电存储器件、数据加密、生物与化学传感等方面的应用探索；有机光电功能材料的分子结构、激发态性质与器件性能的关联。

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