复旦大学朱亮亮研究员等综述：双发射热活化延迟荧光材料

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新型发光材料的设计与合成一直是现代光物理化学与材料科学领域的研究热点之一。其中，热活化延迟荧光（TADF）材料是一类新型的发光材料，因其独特的光物理性质而受到广泛关注。类似于传统的荧光分子，大多数TADF分子只表现出单发射，限制了其在多色发光和多功能荧光探针中的深入应用，因此研究人员设计开发具有双发射特性的TADF分子，即：发光分子具有两种发射波长，发射之一为TADF，另一种发射为普通荧光、磷光或TADF。基于TADF的双发射材料由于具有两种颜色的发光波长且至少有一种发射的衰减寿命在微秒级以上，因此在白色有机发光二极管、荧光探针和生物成像等领域具有很大的应用前景。

太原理工大学李旭萍博士、卢建军教授、复旦大学朱亮亮研究员等在《中国科学ː化学》发表综述，分类总结了基于TADF的双发射有机小分子材料，深入分析了其双发射机理和分子设计策略，包括其在白光发射、多功能比率荧光探针与化学传感和高质量生物成像中的应用，并对其发展进行了展望。

有机化学中的结构设计对发光分子的发射波长、衰减寿命以及发光效率等光物理性质具有至关重要的作用，这主要是因为分子的基态和激发态能量和体系是决定分子从单线态辐射还是三线态辐射的关键因素。本文根据分子的激发态体系和能级将基于热活化延迟荧光的双发射有机小分子材料分为五类：1）分子的两种构型产生两种激发态体系，导致两种发射光，例如：基于吩噻嗪（PTZ）给体的化合物，由于PTZ分子中的C-N键和C-S键的键长不同，具有quasi-axial (A) 和quasi-equatorial (E)两种构型，其A构型发射传统荧光，而E构型表现TADF发射；化合物具有激发态分子内质子转移性质，其烯醇式激发态产生传统荧光，而酮式激发态发射热活化延迟荧光。2）化合物兼有局域激发态和电荷转移激发态，产生两种发射光。3）分子激发态中的多重三线态导致双发射。4）分子内电荷转移和氢键、π-π作用力以及σ-连接等促进的分子间电荷转移产生两种发射。5）分子为不对称给体-受体-给体'或给体1-给体2-受体，因此分子内的不同给体分别与受体发生不同的电荷转移，从而产生两种发射。

图1 基于热活化延迟荧光双发射分子的激发态

在过去的十年中，研究者们设计了大量TADF分子，深入了解了TADF发光机制，开发了更多功能性TADF材料，然而，基于热活化延迟荧光的双发射材料仍然有很大探索空间，作者提出了如下展望：（1）结合量子化学计算开发更多新型的给体和受体，增加分子的功能性；（2）开发具有聚集诱导发光性质的TADF双发射材料，避免在应用中氧气熄灭发光造成的不良影响；（3）开发具有近红外发光性质的TADF双发射材料，将光照造成的生物体损伤最小化，同时实现更深的组织穿透能力。

详见：

Xuping Li*#, Shen Shen#, Chenchen Zhang#, Miaoqing Liu, Jianjun Lu*, Liangliang Zhu*, Small-molecule based thermally activated delayed fluorescence materials with dual-emission characteristics, Sci. China Chem. 2021, DOI: 10.1007/s11426-020-9908-5

原文链接
https://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCC/doi/10.1007/s11426-020-9908-5?slug=fulltext

通讯作者简介:

李旭萍博士：2013年6月毕业于太原理工大学制药工程专业，获学士学位；2016年6月毕业于太原理工大学化学工程与技术专业，获硕士学位，导师为卢建军教授；2019年6月毕业于复旦大学高分子化学与物理专业，获博士学位，导师为朱亮亮研究员。2019年9月加入太原理工大学煤科学与技术教育部与山西省重点实验室，主要从分子结构设计出发，建立分子结构与激发态能级的构效关系，调控TADF等荧光材料的发光性能，并拓展其在生物/化学检测与传感、能源气体的可视化识别与定量检测等方面的研究工作。

卢建军教授：太原理工大学教授，1991年于北京理工大学高分子材料专业获学士学位，1997年于太原理工大学获工学硕士学位，2004年于太原理工大学获工学博士学位，导师为谢克昌院士。主要从事多功能碳基材料及聚酰亚胺材料的研究。获授权发明专利10余项，发表学术论文40余篇。

朱亮亮研究员：2005年6月于浙江大学化学系获得学士学位，2011年3月于华东理工大学获得应用化学专业博士学位（导师为田禾院士）。在相继完成新加坡南洋理工大学和美国哥伦比亚大学的博士后工作之后，于2015年起任复旦大学高分子科学系和聚合物分子工程国家重点实验室的研究员，独立课题组负责人。入选第十二批国家海外高层次青年人才以及2017年国家重点研发计划青年科学家项目研究骨干，也曾获多项国家和地方的项目资助。担任《中国化学快报》第二届和第三青年编委、《中国科学:化学》第三届青年编委、以及国际期刊Dyes and Pigments编委。主要从事功能自组装发光材料化学的研究。

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