文献赏析｜吉林大学杨兵教授团队利用三组分（S1、T1、T2）的室温荧光磷光发射，实现高效率白光

吉林大学杨兵教授团队

01 引言

室温磷光材料在有机发光二极管、生物成像、数据记录与信息安全等方面有着广泛的应用，近年来受到越来越多的关注。相比于金属磷光配合物，纯有机室温磷光材料不含贵重金属原子，而且具有结构丰富和易于加工处理等优点。然而，目前纯有机室温磷光材料仍比较稀缺，其原因主要有两点：一方面，纯有机材料体系自旋轨道耦合（SOC）通常很小，导致单线态激子生成三线态激子的数量有限；另一方面，磷光寿命过长，三线态激子发光之前很容易产生淬灭。因此，发展高效率、低成本的纯有机室温磷光材料仍是一项极具挑战的课题。

02 成果简介

 近年，吉林大学杨兵教授课题组报道了一种CIE坐标为（0.28，0.33）的白光纯有机室温磷光材料。室温空气条件下，粉末的白光发射由荧光（S1）、室温磷光（T1）以及高能态室温磷光（Tn）三种成分组成（图1 a）。随着时间分辨光谱中时间尺度的延长（图1 b），荧光S1成分立刻消失，而寿命较短的Tn发射逐渐减弱，最后剩下相对完整的T1发射，三种发射对应的寿命分别是0.1 ns、15 µs和25 µs。

03 图文导读

图1 室温大气条件下二苯并吩嗪（DPPZ）粉末的稳态光谱（a）和时间分辨光谱（b）

进一步，我们利用BDF（Beijing Density Functional）程序计算了DPPZ分子的自然跃迁轨道(NTO),和单线态-三线态激发态之间的自旋轨道耦合（SOC）矩阵元来分析各个激发态的形成过程。如图2 a所示，S1和T2的空穴分布具有明显的n电子特征，为n-π*跃迁，而S2和T1对应π-π*跃迁。因此，S1-T1和S2-T2之间有着很强的自旋轨道耦合，分别为10.33 cm-1和6.03 cm-1，这一数值远远高于绝大多数的纯有机材料（0.01 cm-1）。结合变温光谱和激发波长依赖性的实验，我们发现氮原子中的孤对电子可以有效提高单-三线态之间的SOC，增加三线态激子的布居数，同时刚性的分子结构可以提供一个快速的磷光辐射跃迁，避免了激发态的淬灭，最终，通过图2 b所示的激发态动力学过程实现了一个相当罕见的三组分单分子白光发射。

图2 DPPZ分子的自然跃迁轨道分布（a）和激发态动力学过程示意图（b）

04 小结

本研究首次报道了一种三组分（S1、T1、T2）的室温磷光发射，为高效率纯有机室温磷光材料的设计提供了新的方法和思路。该研究成果于2018年以“Ternary Emission of Fluorescence and Dual Phosphorescence at Room Temperature: A Single-Molecule White Light Emitter Based on Pure Organic Aza-Aromatic Material”为题在《Advanced Functional Materials》杂志上发表。吉林大学杨兵教授为文章通讯作者，2016级博士研究生周长江和博士后张诗童为共同第一作者。感谢国家自然科学基金（51473063，91233116，51673083），国家重点研发项目（2016YFB0401001，2013CB834801，2015CB655003），以及中国博士后基金（BX201700097，2017M620108）的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.201802407。

文献说明

文献信息：Changjiang Zhou, Shitong Zhang, Yu Gao, Haichao Liu, Tong Shan, Xiaoming Liang, Bing Yang*, and Yuguang Ma, Ternary Emission of Fluorescence and Dual Phosphorescence at Room Temperature: A Single-Molecule White Light Emitter Based on Pure Organic Aza-Aromatic Material, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1802407

文献作者：Changjiang Zhou, Shitong Zhang, Yu Gao, Haichao Liu, Tong Shan, Xiaoming Liang, Bing Yang*, and Yuguang Ma

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