英文原题：Ultraflexible Organic Room-Temperature Phosphorescent Crystals
通讯作者：马骧、宋金明（华东理工大学）
作者：Jingyu Cao（曹靖雨）, Jinming Song*（宋金明）, Ying Hu, Fengling Zhang, He Tian（田禾）, Xiang Ma*（马骧）
近日，华东理工大学田禾院士、马骧教授团队在有机室温磷光材料领域取得重要突破。该团队通过四重氢键自组装策略，成功制备出一类兼具超柔性和纯室温磷光（RTP）发射的有机晶体，最大弯曲应变可达6.76%，并实现了近红外磷光发射。该研究为设计具有优异力学与光学性能的柔性光电晶体提供了新思路。
图1. (A) 氢键超分子自组装示意图；青色柱状结构表示氢键组装体，绿色虚线代表由较弱C-H•••π相互作用主导的滑移方向。(B) 晶体弹性变形机理示意图。(C) 分子结构及命名。(D) DB-F晶体弯曲变形照片。
有机室温磷光材料因其长寿命、大斯托克斯位移和环境敏感性等特点，在传感、显示、光学波导、防伪等领域具有广阔应用前景，近年来受到广泛关注。然而，目前大多数有机RTP材料仍面临机械性能差、难以大面积加工、光学稳定性不足等问题。结晶是一种实现RTP发射的常用手段，但由于晶体在外界作用力刺激下易碎从而严重限制了该类材料的应用场景。因此，开发兼具高柔性和RTP发射的纯有机晶体材料，成为该领域的研究难点和热点。
在这项研究中，研究团队设计并合成了一系列以1,4-双（苯乙二酮基）苯（DBs）为骨架的多羰基分子（图1C）。该类分子具有独特的“给体-受体-给体-受体-给体”（D-A-D-A-D）型氢键阵列，通过四重氢键引导分子进行有序自组装，形成高度各向异性的晶体结构（图1A）。其中，C=O⋯H氢键沿晶体长轴方向构成强相互作用层，而芳环之间的C–H⋯π弱相互作用则形成滑移面，从而赋予晶体出色的弹性变形能力（图1B）。
通过调节芳香取代基（如氟、噻吩、长链烷氧基），研究人员实现了晶体机械性能从脆性到超柔性（εₘₐₓ= 6.76%）的精准调控（图1D与图2B）。单晶X射线衍射（SCXRD）和Hirshfeld表面分析表明，氢键在晶体中的占比与宏观柔性密切相关（图2A）。进一步的能量框架分析首次引入“各向异性参数（Φaniso）”，定量揭示了分子间相互作用能与晶体可变形性之间的正相关关系（图2C和2D）。
图2. (A) 晶体中的分子堆积与分子间相互作用；蓝色箭头指示滑移面，红色矩形标示氢键堆积区域。(B) 晶体的弯曲应变实验。(C) DBs晶体的计算相互作用能。(D) 弯曲应变与各向异性参数Φaniso之间的关系。
在光学性能方面，由于四重羰基强效促进系间窜越，该类晶体在室温下表现出纯有机RTP发射，寿命可达0.184-1.021 ms，量子产率最高为8.4%。特别值得一提的是，含噻吩取代的DB-SF晶体实现了峰值波长超过720 nm的近红外RTP发射（图3），据团队所知，这是首例报道的近红外RTP柔性晶体。此外，该类晶体还具有极低的纳米压痕硬度（4.5-27 MPa）和弹性模量（43-263 MPa），在超柔光电子器件中显示出应用潜力。
研究团队还展示了DB-F晶体在光学波导和防伪图案方面的应用。晶体在弯曲状态下仍能高效传导磷光，光学损耗系数低至0.211 dB/mm，并可通过造型组装成“FLEXIBLE”字样，展现出良好的加工性与集成性。
图3. (A) DB-SF的稳态PL谱；(B) 延迟光谱（延迟时间 = 0.1 ms，激发波长λex = 440 nm）。(C) 延迟激发-发射光谱（延迟时间 = 0.1 ms）。(D) 温度依赖性延迟光谱。E、F) DB-SF晶体的温度依赖性寿命衰减曲线。
该研究不仅提出了一种基于多重氢键自组装的“一石二鸟”策略，成功实现了柔性晶体的力学性能与RTP发射的协同提升，还为理解晶体结构与性能之间的关系提供了新的理论工具。
相关研究成果发表于ACS Materials Letters，华东理工大学已毕业的硕士研究生曹靖雨为论文第一作者，马骧教授与宋金明博士为通讯作者，该工作还得到田禾院士的悉心指导。
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Ultraflexible Organic Room-Temperature Phosphorescent Crystals
Jingyu Cao, Jinming Song*, Ying Hu, Fengling Zhang, He Tian, Xiang Ma*
ACS Materials Lett. 2025, 7, 10, 3227–3234
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c01042
Published August 26, 2025
Copyright © 2025 American Chemical Society
导师介绍
田禾
https://www.x-mol.com/university/faculty/10407
马骧
https://www.x-mol.com/groups/XiangMa
（本稿件来自ACS Publications）