有机室温磷光材料因具有长的发光寿命和丰富的激发态性质，在化学传感、显示、生物成像以及防伪等领域展现出越来越广泛的应用前景。近年来，科研工作者们虽然通过合理的分子设计和材料设计等得到了一系列多彩、智能、高效以及长寿命的有机室温磷光新材料。但是，对于具有圆偏振发光的特性的有机室温磷光材料鲜有研究。圆偏振发光材料（CPL）是一种新兴的光学功能材料，因其卓越的光学灵敏度和空间分辨率而受到广泛关注。目前，所报道的圆偏振有机室温磷光材料主要是借助于晶体工程和主客体掺杂策略，实现长寿命的圆偏振发光。然而，基于晶体工程和主客体掺杂的圆偏振室温磷光材料，由于在可加工性与柔韧性等方面仍然面临着诸多问题，很大程度地制约了圆偏振有机室温磷光材料的实际应用。聚合物材料具有柔性、质轻、可旋涂、可拉伸等诸多优势，在柔性电子领域展现出巨大应用潜力。然而，如何通过简单的方法制备具有圆偏振有机室温磷光的聚合物材料为该领域面临的重大研究挑战之一。
近日，针对这一科学难题，西北工业大学黄维院士团队谷龙教授、南京工业大学安众福教授和新加坡南洋理工大学赵彦利教授合作，提出了一种构筑聚合物的圆偏振有机室温磷光新策略，即将具有轴手性的发色团通过自由基交联聚合的方法引入聚丙烯酸聚合物链中，实现了高效的聚合物圆偏振有机室温磷光。众所周知，为了获得高效的圆偏振发光，通常需要构筑手性聚集体，利用相邻共轭发色团间的有效耦合，从而实现手性发光信号的放大。受此启发，作者选取具有轴手性结构特征的化合物作为手性发光单元，主要是由于该类化合物其特殊的结构特征，使得材料在单分子状态下也可以提供有效的耦合，而获得有效的圆偏振发光。同时，为了获得长寿命的有机室温磷光，作者选取了聚丙烯酸(PAA)作为刚性的聚合物微环境。聚合物中大量的羧基不仅可以提高手性发色团的系间窜跃速率，促进三重态激子的产生，而且可以有效地限制发光分子的运动，抑制分子激发态的非辐射跃迁，获得长寿命磷光发射。实验数据显示，在聚合物薄膜状态下，该系列材料的最长磷光发光寿命为0.68秒，最大磷光发光效率为30.6%。值得注意的是，该类材料展现出了相对高的不对称因子为9.4×10-3。鉴于该聚合物材料具有良好的柔韧性、透明度以及长寿命的圆偏振发光的特性，该类材料被成功用于显示与多维数据加密等应用中。该创新性研究成果不仅为制备新型聚合物圆偏振有机室温磷光材料提供了理论指导，还为拓展有机室温磷光材料性能开辟了一条新途径。
图1. 聚合物圆偏振有机室温磷光的设计策略、光物理性质以及在多维数据加密中应用的示意图。
相关论文发表在Journal of the American Chemical Society 上。通讯作者是南京工业大学安众福教授、西北工业大学黄维院士和新加坡南洋理工大学赵彦利教授。
Circularly Polarized Organic Room Temperature Phosphorescence from Amorphous Copolymers
Long Gu, Wenpeng Ye, Xiao Liang, Anqi Lv, Huili Ma, Manjeet Singh, Wenyong Jia, Zhaocun Shen, Yi Guo, Yaru Gao, Hongzhong Chen, Dongdong Wang, Yinglong Wu, Jiawei Liu, Hou Wang, You-Xuan Zheng, Zhongfu An*, Wei Huang*, and Yanli Zhao*
J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c08118
https://www.x-mol.com/university/faculty/211016
https://www.x-mol.com/university/faculty/27682
https://www.x-mol.com/university/faculty/4465
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