【人物与科研】华东理工大学马骧教授课题组：通过离子型聚合物的外部重原子效应和离子键网络的刚性化激活有机发光体的室温磷光

导语

室温磷光（RTP）是一种不同于荧光的发光现象，具有斯托克斯（Stokes）位移大、寿命长等特点，从而在防伪材料、分子开关和生物成像等领域有着广泛的应用并得到了许多关注。与传统的无机或金属-有机磷光体系相比，纯有机RTP材料具有毒性低、成本低和可加工性好等优势。纯有机RTP材料可以通过结晶诱导磷光机制获得，并取得了较高的量子产率。近年来，通过共聚等策略实现的无定形RTP材料在一定程度上避免了晶态材料需要严格生长条件和重复加工方面的缺陷。然而，上述种种方法大部分都需要精巧的分子设计和复杂的合成手段。近日，华东理工大学马骧教授课题组在该研究领域取得了新突破（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202108025）。

马骧教授简介

华东理工大学教授，精细化工研究所常务副所长；英国皇家化学会会士（FRSC)；天津大学学士，华东理工大学博士；担任英国染色家学会染料索引（Colour Index）编委，Dyes Pigm.执行主编；主要从事超分子化学、有机光电功能组装材料的研究；已在Sci. Adv.、Natl. Sci. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.、JACS、Angew、CCS Chem.等发表论文120余篇，发明专利10余项，学术译著两部等；获基金委优青项目资助（2017）、上海市自然科学二等奖（2019）、侯德榜化工科学技术青年奖（2019）、上海市“曙光学者”（2019）、上海青年科技英才（2018）等。

前沿科研成果

通过离子型聚合物的外部重原子效应和离子键网络的刚性化激活有机发光体的室温磷光

华东理工大学马骧教授课题组在开发纯有机室温磷光材料方面完成了一系列具有开拓性的工作（Adv. Opt. Mater., 2016, 4, 1397；J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 1916；Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 10854；Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 9928;  Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 28, 11206；Sci. Adv., 2021, 7, eabf9668；Natl. Sci. Rev., 2021, nwab085；Adv. Funct. Mater., 2021, 3, 2010659；CCS Chem., 2021, 3, 481；Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107323等）。同时，有机发光材料领域依然迫切需要直接从现有的荧光染料出发、无需任何化学修饰来设计纯有机磷光材料的构建策略。在前期工作的基础上，作者利用了一种具有外部重原子效应和刚性网络的离子型聚合物基质（PAB），构建了一种新型的掺杂RTP体系（图1，Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202108025）。

图1. 聚合物、染料结构以及掺杂RTP体系设计策略示意图

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

PAB具有溴离子，可以在掺入其中的染料受激发后通过外部重原子效应促进其系间窜越（ISC）过程，从而诱导其激发三重态的产生。与此同时，溴阴离子还与聚合物主链上的季胺阳离子形成了刚性的离子键网络，从而抑制了磷光体的非辐射跃迁过程。也就是说，染料激发三重态的产生和稳定都通过同一个聚合物基质实现了，从而诱导了其RTP。

六种常用的荧光染料均被掺入PAB基质以验证该策略的普适性，同时它们也被掺入不含重原子但含有刚性离子键网络的PAC基质以做对比。荧光和延迟发光光谱分别用紫、橙色线条表示，而掺入PAB和PAC的光谱分别由实、虚线表示（图2）。可以看出，荧光染料在PAC中仅有正常的荧光而磷光极弱，在PAB中磷光则得到了极大的增强。

图2. 各掺杂体系的光致发光光谱

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

在磷光之外，PAB基质还可以用于其他与三重态有关的现象的研究，如热激活延迟荧光（TADF）。同时，本文也证明了这些掺杂材料均处于无定形态，这保证了所得材料的方便加工性。本工作不仅为化学和材料科学工作者提供了一种设计磷光材料的便捷手段，且提供了研究三重态的一个有力工具。

该工作以“Activating Room-Temperature Phosphorescence of Organic Luminophores via External Heavy-Atom Effect and Rigidity of Ionic Polymer Matrix.”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI：10.1002/anie.202108025）上，第一作者为华东理工大学本科生严子昂。通讯作者为华东理工大学马骧教授。