黄维院士《Nature Mater》：效率96.5%！可用于数据加密指纹识别

高效的蓝色磷光发射对有机光电的应用至关重要。其中，具有高三重态能级和抑制非辐射跃迁的无重原子有机系统是实现高效蓝色磷光的关键要求，但其材料合成是极具挑战性的。

基于此，南京工业大学黄维院士和安众福教授，新加坡国立大学刘小钢教授基于限制孤立的发色团在离子晶体的化学策略，离子晶体的阳离子与发色团的羧酸基团之间的高密度离子键的形成，导致了一种分离的分子排列，而发色团间的相互作用可以忽略不计，从而实现了高性能的蓝色磷光。相关论文以题为“Confining isolated chromophores for highly efficient blue phosphorescence”发表在Nature Materials。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-021-01073-5

由于在显示，照明，生物医学和光通信中的潜在应用，蓝色磷光引起了极大的关注。迄今为止，已经开发出多种蓝色发光材料。尽管在实现可调发光颜色方面取得了成功，但开发无重原子、具有长寿命和高转换效率的蓝色磷光材料仍然是一项艰巨的挑战。为了在不含重原子的有机物中获得磷光，必须满足两个条件：一个是通过加速激子系统间交叉（ISC）从单重态激发态到三重态激发态来增强三重态激子；另一种是通过构建一个刚性分子环境以最小化通过非辐射跃迁三重态激子的耗散。

值得注意的是，磷光发射可以在单分子状态下发生蓝移，但不能在其聚集状态下发生蓝移。本文推断，将孤立的发色团限制在具有最小非辐射跃迁的刚性晶体中可能会显著提高蓝色磷光效率。具体来说，本文选择了具有四个羧基的均苯四甲酸(PMA) 作为模型发色团。

这些羧基可以在NaOH存在的情况下电离形成多个离子键，最终形成一个刚性的分子网络，有效地抑制分子振动诱导的非辐射跃迁。此外，刚性分子网络中的激子ISC可以促进增强磷光。作为概念证明，通过在323 K下挥发PMA和NaOH试剂的水性混合物合成了苯四甲酸四钠 (TSP)。结果表明，通过改变带电发色团及其反离子，可以实现从蓝色到深蓝，最大磷光效率为96.5%。此外，这些磷光化材料能够实现快速，高通量的数据加密，指纹识别和余辉显示。这项工作将促进高效蓝色有机磷光体的设计，并将有机磷光的领域扩展到新的应用。

图1.高效蓝色磷光的合理化设计

图2.环境条件下TSP晶体的光物理特性

图3.环境条件下蓝色磷光的机理研究

图4.晶体在环境条件下的光物理特性

图5.环境条件下用于数据加密，指纹识别和余辉显示的蓝色磷光演示

总之，本文开发了一种可实现96.5%的磷光效率和184.91ms的三重态寿命高效蓝色磷光。究其原因，与发色团的高密度离子键合，抑制了非辐射跃迁并促进激子的产生，从而提高了磷光效率。更加重要的是，在环境条件下可用于数据加密、指纹识别和余辉显示，这也为高性能有机磷光的广泛应用提供了广泛的机会。（文：Doublenine）