能量转移和能量交换是自然界中常见的现象，在能源、材料和环境领域也起着越来越重要的作用。同时，提高能量转移效率在节约能源和减少对环境危害等方面都有关键作用。光能量转移一直备受关注，因为光能传输可以实现更快、更轻易的识别和监控。例如，经典的Förster荧光能量转移机理已在生物成像与光电器件领域有极大应用。然而，如何提高荧光能量转移效率仍然是一个严峻的挑战。比如，在能量传递过程中，能量供体（激发态寿命:10-9-10-8秒）瞬间承载的高密度能量如何与受体分子实现更充分的能量交换。此外，从能量和空间角度分析，能量转移所需的条件还包括：供体-受体需要满足能级匹配，供体-受体距离通常小于10 nm以及二者合适的相对取向等。
室温磷光材料由于其长激发态寿命以及长的发光时间而得到广泛关注，并在光学传感、分析监测、防伪等领域具有应用价值。相比于荧光材料，磷光体系光子能量的释放速度慢，因此可以提供储能发光特性。理论上，磷光材料可以作为一个有效的能量转移供体，因为能量可以在时间尺度上得到缓慢均匀释放（图1）。目前为止，有效磷光能量转移的文献报道较少，主要是由于长激发态寿命通常涉及激发单线态到自旋禁阻的三线态之间系间窜越，使高效磷光供体不易得到，同时受体无法捕获有效的激发态转移路径。
图1. 磷光模式实现能量转移效率提升机理
基于上述科学问题和实际应用需求，北京师范大学无机化学研究所闫东鹏教授研究组在近期长寿命室温磷光材料研究基础上（Chem. Sci., 2016, 7, 4519； ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 15489；Adv. Opt. Mater., 2016, 4, 897），提出基于磷光能量转移提高光能传递效率的一种新模式。他们通过选取二维层状复合氢氧化物（水滑石）作为主体，间苯二甲酸（供体）作为客体分子，采用共沉淀法制备了间苯二甲酸插层水滑石纳米复合材料。通过水滑石层板与有机物的静电和氢键作用将磷光单元固定于刚性二维限域空间中，极大地抑制了有机磷光体因转动和振动而产生的能量损失，从而提高了磷光发光效率与发光寿命。在室温条件下，材料受紫外光照射结束后能产生较长的室温余辉发光特性（0-6秒，图2）。
进一步选取与间苯二甲酸能级匹配的曙红分子作为磷光能量转移受体，通过共插层方法得到复合纳米片，该二维限域体系的磷光能量转移效率可达99%。因此，该项工作不仅提供了一种有效的方法来获得廉价的长余辉发光材料，同时也提供了一种实现高效磷光能量转移的研究思路。
图二. 纳米插层材料长寿命磷光发射(a-d)以及给受体磷光能量转移过程示意图(e,f)
该研究成果发表在Chemical Science上，第一作者是北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室博士生高瑞。该工作得到了科技部973项目、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中央高校基本科研业务费的支持。
该论文作者为：Rui Gao, Dongpeng Yan
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Layered host-guest long-afterglow ultrathin nanosheets: high-efficiency phosphorescence energy transfer at 2D confined interface
Chem. Sci., 2017, 8, 590-599, DOI: 10.1039/C6SC03515A
导师介绍
闫东鹏教授
http://www.x-mol.com/university/faculty/8958