有机室温磷光（RTP）材料由于具有相对环境友好和易于修饰加工等优点，在高级防伪、数据加密和解密、显示、照明、分子传感和生物成像等领域具有广阔的应用前景。然而，有机化合物大的非辐射速率常数和弱的自旋轨道耦合使其三重态发射容易猝灭，超长寿命有机室温磷光材料还比较难以获得。目前获得有机室温磷光的方法主要包括通过n-π*跃迁引入芳香羰基化合物、杂原子和重原子等增强自旋轨道耦合和通过生长单晶诱导、H-聚集、卤素键和离子相互作用以及将有机磷光小分子掺入刚性基质主体中抑制三重态电子的非辐射跃迁等方法。聚合物材料具有优良的柔韧性和伸缩性，易于加工，成本低等优点，将磷光分子掺杂到聚合物或者将其引入到聚合物或者共聚物的侧基是一类有效的实现高效和长寿命磷光的方法，聚合形成的刚性分子环境能有效抑制非辐射弛豫。
王平和谢鹤楼课题组设计并合成了一系列具有扭曲电子给-受体结构的有机化合物，并将其溶解在甲基丙烯酸甲酯（MMA）中，通过原位聚合得到了系列单分散聚合物室温磷光材料。该类RTP材料具有超长的磷光寿命，寿命达到了1.51s和1.64s。通过Gaussian 09模拟计算分析了该类化合物的长寿命是由于其适度的扭曲结构，多个三重态以及分子内电荷转移特性。化合物在单晶状态时实现了磷光和延迟荧光的双重发射，在不同的延迟时间获得了从蓝色到黄色到紫红色的多色可调余辉，有望应用于高水平的防伪。
图1 聚合物的结构示意图、光物理性能及其有机分子晶体的颜色可调余辉
在上述基础上，该课题组将上述得到的长寿命小分子化合物CDF引入乙烯基侧基并与侧基含多重氢键脲嘧啶酮UPy的乙烯基单体共聚得到了系列超长寿命聚合物室温磷光材料。聚合物寿命达到2.16s，余辉持续时间为17s，磷光量子产率7.52%。超长寿命是由于聚合物中具有超强的多重氢键、羰基和杂原子，以及UPy和CDF之间的能量转移。且该类聚合物具有耐高温高湿的特性。该工作对耐高温高湿聚合物室温磷光材料的研究提供了新的思路。
图2 聚合物P1-P4的室温磷光图和寿命曲线及其耐高温高湿特性
以上相关成果分别发表在最近的ACS Applied Materials&Interfaces和Advanced Optical Materials。论文的第一作者分别为湘潭大学硕士研究生陈仁杰和朱炎，共同第一作者为北京大学关妍博士，通讯作者为湘潭大学王平副教授和谢鹤楼教授，论文还得到了北京大学范星河教授、湘潭大学王学业教授和汪璞副教授的大力支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsami.1c12249
https://doi.org/10.1002/adom.202100782
相关进展
湘潭大学王平副教授和谢鹤楼教授课题组《Adv. Opt. Mater.》：多重氢键构筑耐高温高湿超长寿命聚合物室温磷光材料
华东理工大学田禾院士和马骧教授团队Angew：有机室温磷光材料通用设计策略研究的重要进展
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