帥志剛課題組在有機(jī)室溫磷光材料理論設(shè)計(jì)方面取得重要進(jìn)展
由于純有機(jī)分子的旋軌耦合比較弱，長(zhǎng)期以來(lái)有機(jī)材料室溫下沒有磷光。最近，一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在固相下純有機(jī)化合物也會(huì)表現(xiàn)出高效室溫磷光，但其發(fā)光效率和壽命不可兼得。化學(xué)系帥志剛教授和中科院化學(xué)所彭謙副研究員等人提出了一對(duì)分子描述符來(lái)分別表征磷光效率和壽命。由羰基和π-共軛片段組成的典型RTP體系，其激發(fā)態(tài)可以視為n→π*躍遷和π→π*躍遷兩組分的組合。他們基于光物理原理，特別是El-Sayed規(guī)則，引入了一對(duì)分子描述符（γ，β），其數(shù)值的大小與固相下單/三線激發(fā)態(tài)的（n，π*）和（π，π*）躍遷成分有關(guān)。結(jié)合量子力學(xué)/分子力學(xué)（QM/MM）方法，他們揭示了分子描述符（γ，β）與磷光效率和壽命以及旋軌耦合之間的關(guān)系。他們提出，大的γ和β值有利于有機(jī)材料中強(qiáng)的、長(zhǎng)壽命的RTP。該研究以題為“Efficient and Long-lived Room Temperature Organic Phosphorescence: Theoretical Descriptors for Molecular Designs”發(fā)表于Journal of the American Chemical Society，2019， 141， 1010-1015。
第一作者馬會(huì)利原來(lái)是帥志剛組的博士后，出站后入職南京工業(yè)大學(xué)任副研究員。該研究成果是基于前期馬會(huì)利等提出的固相有機(jī)室溫磷光的基本過(guò)程(Ma HL, Shi W, Ren JJ, Li WQ, Peng Q*, Shuai ZG*,“Electrostatic Interaction-Induced Room-Temperature Phosphorescence in Pure Organic Molecules from QM/MM Calculations”. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 2893)和一系列與實(shí)驗(yàn)合作工作的進(jìn)一步提升，如基于理論分子設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)上獲得了高效長(zhǎng)余輝磷光材料，見Zhao WJ, He ZK, Lam JWY, Peng Q*, Ma HL, Shuai ZG, Bai GX, Tang BZ*,“Rational Molecular Design for Achieving Persistent and Efficient Pure Organic Room-Temperature Phosphorescence”，Chem, 2016, 1, 592.該工作得到C&En News、新華社等眾多媒體報(bào)道，這些報(bào)道均指出是基于理論計(jì)算設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)上獲得了效率高達(dá)36%，壽命長(zhǎng)達(dá)0.23秒的純有機(jī)分子。他們關(guān)于有機(jī)室溫磷光的理論計(jì)算研究還在若干實(shí)驗(yàn)工作中得到應(yīng)用，合作發(fā)表的論文有：
(1) Zhao WJ, He ZK*, Peng Q*, Lam JWY, Ma HL, Qiu ZJ, Chen YC, Zhao Z, Shuai ZG, Tang BZ*, “Highly sensitive switching of solid-state luminescence by controlling intersystem crossing”, Nature Commun 2018, 9, 3044;
(2) Wang, JG, Xu XG*, Ma HL, Peng Q, Huang XB, Zheng XY, Sung SHP, Shan GG, Lam JWY, Shuai ZG, Tang BZ*, “A facile strategy for realizing room temperature phosphorescence and single molecule white light emission”, Nature Commun, 2018, 9, 2963;
(3) He ZK, Zhao WJ, Lam JWY, Peng Q*, Ma HL, Liang GD, Shuai ZG, Tang BZ*, “White light emission from a single organic molecule with dual phosphorescence at room temperature”, Nature Commun, 2017, 8, 416.
這一系列工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)科學(xué)中心項(xiàng)目“分子聚集發(fā)光”（編號(hào)21788102）和科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“有機(jī)納米光子學(xué)材料的可控組裝與器件集成”（編號(hào)2017YFA0204501）的資助。
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