注:文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析
力致发光现象是一种非常重要又独具魅力的发光方式,是指固体材料受到研磨、摩擦或者振动等外力作用时以光的形式对外释放能量。最早的报道可见弗朗西斯•培根于1605年发表的《学术的进展》(Advancement of learning)。长久以来,力致发光现象得到了科学界的广泛关注。然而在以往的尝试中,由于π-π堆积效应引起的凝聚态发光猝灭严重制约了其内在机制的研究。2001年,香港科技大学的唐本忠课题组发现并定义了“聚集诱导发光(AIE)”现象,为设计固态高荧光量子产率的发光材料提供了一条崭新的途径。在武汉大学李振团队的前期研究中(Mater. Horiz., 2016, 3, 220-225),博士生王灿实现了将力致发光和聚集诱导发光两种奇妙独特的现象相结合,为力致发光的研究注入了全新的想法。
此次研究中,该团队发现了一种具有聚集诱导发光效应的化合物DPP-BO。令人惊讶的是,在机械力的刺激下,DPP-BO能在室温同时发射荧光和磷光。这是迄今为止第一例体现这种特性的化合物。众所周知,目前两种更为常见的外作用刺激发光方式是电致发光和光致发光,系间窜越在这两个过程中扮演着非常关键的角色。DPP-BO的特殊发光行为提供了研究系间窜越的新途径,对深入探索发光过程具有重要的价值。

武汉大学团队测定了DPP-BO在常温下的荧光光谱、力致发光光谱以及低温下的磷光光谱。对比发现DPP-BO的力致发光光谱中有两个分别位于350 nm和450 nm处的发射峰。其中,350 nm处的发射峰与荧光发射峰相吻合,而450 nm处与DPP-BO的低温磷光发射峰相吻合。单晶结构、粉末衍射和理论计算等结果表明,分子内和分子间较强的相互作用是导致这一现象的主要原因。

这一成果近期发表在《Angewandte Chemie International Edition》上,文章的第一作者是武汉大学的博士研究生杨杰。
该论文作者为:Jie Yang, Zichun Ren, Zongliang Xie, Yingjie Liu, Can Wang, Yujun Xie, Qian Peng, Bin Xu, Wenjing Tian, Fan Zhang, Zhenguo Chi, Qianqian Li, and Zhen Li
原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):

AIEgen with Fluorescence–Phosphorescence Dual Mechanoluminescence at Room Temperature
Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 880-884, DOI: 10.1002/anie.201610453
李振博士简介

李振,武汉大学化学与分子科学学院教授。1997年本科毕业于武汉大学化学系,2002年6月获武汉大学理学博士学位,现就职于武汉大学化学与分子科学学院,教授,博士生导师。2003年11月至2004年11月在香港科技大学化学系唐本忠教授课题组从事科学研究;2010年3月至8月在美国乔治亚理工学院化学与生物化学系Seth Marder教授课题组从事科学研究;2014年1月至2月新加坡国立大学化学系Visiting Professor。2007年,获中国化学会青年化学奖;2011年获霍英东教育基金会青年教师奖;2012年获湖北省第六届优秀科技工作者,同年,获湖北省科协科技创新源泉工程创新创业人才;2013年,获国家自然科学基金委杰出青年基金;2015年,入选科技部中青年科技创新领军人才计划;2016年,获宝钢优秀教师特等奖提名奖。
http://www.x-mol.com/university/faculty/13558
科研思路分析
Q: 这项研究的最初目的是什么?或者说想法是怎么产生的?
A:如上所述,我们的研究兴趣在于设计合成新的AIE分子。而发现DPP-BO分子具有力致发光现象是非常偶然的。但是,在本研究组前期相关工作的基础上,DPP-BO分子的发现也具有一定的必然性,而且这一发现是非常重要的。因为它是力致发光过程中系间窜越存在的有力证明。所以研究这一现象的初衷就是为了弄清楚有机分子发光的过程。尽管目前越来越多的科研工作者们投身到了研究分子发光机制的行列中。然而,我们必须承认的是,我们仍然对这一内在过程知之甚少。每次遇到一个新的现象时,我们都必须全身心投入去研究它,因为每个研究的结果都可能是打开分子发光新世界大门的一把钥匙。
Q:在研究过程中遇到的最大的挑战是什么?
A: 本项研究最大的挑战在于如何获得摩擦发光光谱。由于力致发光现象时间很短,因此捕捉通过按压晶体发光的方式获得光谱是一件较为困难的事情。测试摩擦发光光谱的仪器要求很高,且没有商业化的生产。于是我们团队与中山大学池振国教授合作进行了摩擦光谱的测试工作。此外,摩擦发光过程对于样品的干燥度要求较高。样品中的含水量过高时,力致发光强度会被大大的降低,对测试工作有很大的影响。
Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些?哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助?
A:摩擦发光可用于制造感压发光体。这种发光体可以与光检测器联合使用,用于制造压力探测传感器、预报监测器以及其它科学仪器中的显示元件等。我们相信这项研究成果为相关显示设备的设计与制备提供了一条可行的思路。而且DPP-BO分子简单,原料价格亲民,适合工业化的生产。因此该分子非常适合于产业化制备的光学显示元件,这一发现将对相关领域的发展产生推动作用。


