【期刊】可实现宽范围和多色延时发光的有机磷光体掺杂无机骨架新型杂化材料|北京师范大学闫东鹏课题组新进展 | Research

近期，北京师范大学无机化学研究所闫东鹏课题组报道了一种简单水热法合成了一系列有机磷光体掺杂无机骨架的新型杂化材料，以实现宽范围和多色的超长室温磷光。这项工作不仅描述了一种共掺杂和多中心策略以获得静态和动态可调的延时发光，而且为有机无机杂化材料在多级防伪和多色显示中的应用提供研究思路。该工作以题为“Room-Temperature Phosphorescent Organic-Doped Inorganic Frameworks Showing Wide-Range and Multicolor Long-Persistent Luminescence”发表在Research上。

Citation: Guowei Xiao, Bo Zhou, Xiaoyu Fang, Dongpeng Yan, "Room-Temperature Phosphorescent Organic-Doped Inorganic Frameworks Showing Wide-Range and Multicolor Long-Persistent Luminescence", Research, vol. 2021, Article ID 9862327, 11 pages, 2021. https://doi.org/10.34133/2021/9862327

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研究背景

延时发光材料由于其对激发能量的有效利用和长寿命的光发射而备受关注, 在光学成像、生物治疗、显示器、传感以及防伪等领域具有极强的应用背景。传统的无机材料具有相对较高的成本以及较为复杂的合成方法在一定程度上限制了大规模应用。纯有机材料因其弱的系统间穿越（ISC）能力以及由分子运动（包括旋转，振动和碰撞）引起的非辐射失活速率使得延时发光效率较低。当前，尽管超长室温磷光（URTP）分子不断发展，但实现可调谐和多色发射仍然是一个挑战，尤其对于基于单个发色团的体系。前期文献报道将不同含量的有机磷光体掺入聚合物中成为调节室温磷光的有效方法，但其可调发射范围仍然有限。而且与无机对应物相比，RTP量子产率相当低，很大程度上限制了长时间持续发光的有效可视化。因此找到一种既可以实现可调谐宽范围发光，又具有较高量子产率的材料势在必行。

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02

研究背景

基于无机固态骨架高刚性和稳定性的优势特征，以及有机室温磷光（RTP）分子的调谐可变性，闫东鹏课题组提出将有机RTP荧光粉客体掺杂到无机主体基质中的设想，并成功实现了单个发色团可调谐多色发射。作者分别选择了四氟对苯二甲酸（TFTPA）和CdCO₃作为掺杂的RTP客体和无机主体，同时加入了NH4F作为蚀刻剂或表面改性剂以引入更多的TFTPA分子。TFTPA分子在无机材料中不同排列方式为多中心持续发光建立了不同的激发态能级， 从而呈现出与激发有关的多色彩长寿命RTP，同时具有可调的时间分辨寿命和量子产率，进而用于信息存储和多通道加密（图1）。

图1  杂化材料的掺杂结构及其在各种激发波长下的对应的持久发光图像

合成的具有激发波长依赖特性的Cd-TFTPA/NH₄F杂化材料，其调谐范围可从蓝光调至黄绿光，而且寿命、量子产率相较于配体大大提升（图2）。

图2  Cd-TFTPA/NH4F杂化材料的谱图数据

为进一步挖掘杂化材料的发光性能，在合成过程中通过改不同活性金属离子的掺杂可以在很大程度上调节基质材料的发光性能。作者基于对有机TFTPA和掺杂剂离子之间有效能量转移可产生金属离子敏化，采用原位共掺杂方法引入了典型的光发射中心Mn²⁺和Pb²⁺，使杂化材料（Cd/Mn-TFTPA/NH₄F）具有新颖的时间分辨可调余辉发射，并且与激发有关的RTP颜色可从深蓝到红色高度可调，几乎覆盖了整个可见光谱（图3）。

图3 Cd/Mn-TFTPA/NH4F杂化材料的谱图数据

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未来展望

基于有机配体的灵活可调性及无机基质提供的多重配位环境，作者开发了有机客体掺杂无机骨架的通用策略，以获得具有宽范围、颜色可调和持久发光的新型杂化材料。此外，激发依赖的RTP特性还可以扩展到其他金属离子共掺杂系统，在时间分辨范围内实现动态RTP，为多维数据加密和信息防伪应用提供了巨大潜力（图4）。同时为构建具有静态和动态可调URTP的有机无机杂化材料提供了构筑平台。

图4 Cd/Mn-TFTPA/NH4F在多重防伪方面的应用

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作者简介

闫东鹏，北京师范大学化学学院教授，长期从事光功能材料化学研究。近年来，以通讯联系人在Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Soc. Rev.等国际学术刊物发表论文130余篇。总引用9000余次，H-index 53。授权中国发明专利21件和美国发明专利2件。担任知名学术从书 “Structure and Bonding” 第166卷主编。近年来获得国家基金委优青、北京市杰青、英国皇家学会牛顿高级学者、英国皇家化学会会士、教育部霍英东青年教师基金、北京地区广受关注论文作者，北京市科技新星，北京市自然基金优秀青年人才，北京市高校成才表率，北京市高校优秀共产党员等。入选中国稀土学会专委会委员和北京化学会理事。是Science Bulletin、Chinese Chemical Letters、《应用化学》、《工业催化》等学术期刊编委。以第一完成人获教育部高等学校科学技术二等奖、北京市自然科学二等奖、中国专利优秀奖、中国产学研促进会创新个人奖等。

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《Research》是中国科协与美国科学促进会于2018年共同创办的定位为国际化、高影响力、世界一流水平、综合性、大型OA科技期刊，是美国《Science》自1880年创刊以来第一本合作期刊。主要发表先进能源、先进制造、先进材料、人工智能、环境科学、柔性电子、健康科学、信息科学、微纳科技、量子信息、空间科学，11个热点交叉领域突破性原创研究成果。主编(中国)为中科院院士黄维，主编(国际)为美国明尼苏达大学麦克凯特杰出教授崔天宏。第二届编委会由许宁生、高松、黄如、李兰娟、饶子和、俞书宏、崔铁军等国内外33位院士在内的150位编委组成。已被CAS、CNKI、CSCD、DOAJ、EI、SCIE、INSPEC、PMC、Scopus、SAO/NASA Astrophysics Data System数据库收录。

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