唐本忠院士团队深圳大学李冰石教授课题组《Mater. Horiz.》：在可调室温磷光-力致发光多功能一体分子体系取得新进展

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室温磷光和力致发光，是光学材料中两类极具代表性的光学性质，在光电二极管，防伪等领域具有重要的应用前景。二者常作为两类独立的光学性质存在于不同分子体系，而同一分子体系兼具两种性质则极少有报导。通过分子结构设计将两种性质赋予同一分子，实现多功能光学材料的构筑，极具挑战，无论是在分子设计层面，还是多功能光学材料的应用方面都具有重要意义。

唐本忠院士团队，深圳大学李冰石教授课题组将咔唑修饰以天然的胆固醇取代基（图1a），系统研究了分子在不同状态下，当分子堆积方式及分子间作用力发生改变时，分子的室温磷光、力致发光的多态响应特性，构筑了多功能于一体的新颖光学材料。分子的单晶c1，粉末1o及加热后1h均具有室温磷光特性，单晶c1在紫外灯照射关闭后具有裸眼可见的长达6秒钟的长余辉，而单晶c2则不具有室温磷光特性(图1b)；而两种晶体和粉末则均具有力致发光特性（图1c）。

图1. （a）分子的合成路径，（b）两种单晶c-1,c-2，粉末及加热状后的粉末的室温磷光及（c）两种单晶及粉末状态下的力致发光特性

分子在不同分散态下的荧光、室温磷光及力致发光光谱如图2a所示, 分子具有近紫外的蓝色荧光发射，晶体c-1在365nm波长激发下具有，525, 579 和 626 nm多重发射峰，三种发射波长分别对应1.15, 1.12 和1.00 s的荧光寿命。XRD谱表明分子在不同分散态下存在多种堆积模式（2c），不同分子堆积模式下分子间作用力亦存在显著差别（图3），这些差异导致分子在不同分散态下三线态具有不同的发射路径。

图2. 分子在各种固态（单晶c1,c2, 粉末1o，研磨后1g及退火处理后1h）下的（a）荧光、力致发光及室温磷光特性，（b）单晶c1的时间分辨荧光衰减曲线和（c）XRD谱

图3. 晶体c-1的四种分子间作用力(a-d)及晶体c-2的分子间作用力（e,f）

由于分子具有近紫外的荧光发射，课题组进一步将分子与激发波长、能量匹配的绿、黄、红三种荧光染料进行简单物理掺杂，利用力致发光激发荧光染料，制备了具有三种荧光发射的二元力致发光体系。二元共混体系在粉末和退火处理后均具有红橙黄三色的力致发光性（图3a）。课题组在利用分子的荧光和室温磷光特性在防伪应用方面进行了初步探索，将粉末状样品通过毛笔书写附着在纸面，紫外激发后分子发射深蓝色荧光，紫外灯撤去，预先进行退火处理的部分具有肉眼可见的黄色长余辉，未处理的部分则无磷光。

图3. （a）双组分（分子1+荧光染料）力致发光体系及（b）基于室温磷光性质的防伪应用示例

以上研究成果以《Controllable room temperature phosphorescence, mechanoluminescence and polymorphism of a carbazole derivative》为题，发表在Mater. Horiz., 2021, Advance Article。论文的第一作者为深圳大学化学与环境工程学院硕士研究生张洪岩，通讯作者为李冰石教授，共同通讯作者为黄光熙副研究员与香港中文大学（深圳）唐本忠教授。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/MH/D1MH00956G

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