无需化学修饰，“掺”出有机室温磷光材料

华东理工大学田禾院士和马翔教授团队设计了一种构建纯有机室温磷光材料的掺杂体系，只需要掺杂普通荧光染料在季铵盐聚合物中，无需任何化学修饰即可在室温下发出磷光。

夜明珠因为能在黑暗中发光，被视为人间宝物。但是，传统的夜明珠都是可以发出磷光的高标准天然无机材料。科学家们一直希望设计出无需任何化学修饰即可发出室温磷光（RTP）的有机材料。

科技日报记者8月1日从华东理工大学获悉，费林嘎诺贝尔奖科学家联合研究中心田禾院士和马翔教授团队设计了一个建筑纯有机室温磷光。材料的掺杂系统为许多化学和材料科学家设计磷光材料提供了方便的手段。相关成果发表在最新一期国际知名期刊《德国应用化学》上。

解决了激发三重态的稳定性问题

发光可分为磷光和荧光。磷光是一种特殊的发光现象。与普通荧光不同，磷光的寿命更长，从几毫秒到几小时不等，其发射波长离激发波长更远。当今世界，多种磷光材料因其独特的性能被广泛应用于防伪、分子开关、生物成像等领域，也引起了化学、材料科学和生命科学工作者的关注。然而，夜明珠等传统无机磷光材料大多含有贵金属，价格昂贵且毒性大。纯有机分子毒性低，但通常只在极低温度（如液氮温度）和惰性气体下才会发出磷光。纯有机室温磷光材料虽然通过各种手段取得了一定的进展，但仍需要复杂的分子设计和复杂的合成方法。

马翔说：“有机分子RTP的实现主要需要解决激发三重态的产生和稳定性问题，即一种特殊的电子激发态。”该研究团队开发了一种新型掺杂系统，只需将普通荧光染料掺杂到季铵盐聚合物中即可赋予其RTP特性，而无需对染料进行任何化学改性。聚合物中含有溴离子，可以通过一种称为外重原子效应的作用将激发态染料从单线态转变为三线态。同时，溴离子与聚合物骨架上的季铵阳离子形成强离子键网络。马翔表示，这种刚性网络会像“笼子”一样牢牢“控制”染料分子，抑制激发的三重态放热失活，使其发出磷光。

课题组成员闫子昂解释说，与共聚和结晶相比，掺杂策略具有显着优势，只需将荧光染料和底物物理混合，发射即可无需化学修饰即可实现。磷光官能团与染料键合。其次，掺杂策略具有较高的通用性，在日常生产中对技术要求不高。这是一种比较简单的物理方法。 “只要现有的荧光染料在水、乙醇或二甲基甲酰胺等溶剂中具有一定的溶解度，很多都可以通过这种掺杂策略发出磷光，大大扩展了这种策略的使用范围。”颜子昂说。

在磷光防伪领域有很大的应用潜力

这种策略也具有很好的通用性，包括萘胺、联萘酚、硫酸奎宁等传统荧光粉掺杂后，均表现出显着的磷光效应。由于不同染料的固有性质不同，每个掺杂体系的磷光光谱也呈现出不同的波长和峰形，有效满足了科学家对不同性质磷光材料的需求。

据报道，罗丹明B等染料不仅在聚合物中发射RTP，而且通过系统间交叉的过程发射热激活延迟荧光（TADF），是一种寿命更长的染料比荧光。长延迟荧光。 TADF的产生也需要激发三重态的参与，说明这种掺杂策略不仅适用于磷光，也适用于其他涉及激发三重态的光物理和光化学过程。与晶体 RTP 材料不同，粉末 X 射线衍射表明这些掺杂材料处于非晶态，表明此类材料不需要严格的晶体生长条件，因此更容易加工。该策略将为磷光材料的设计和应用以及有机分子激发三重态的研究提供一种便捷的方法。

像夜明珠这样的高效率、长寿命的纯有机室温磷光材料将在未来得到广泛应用。马翔说，磷光的特点是在去除紫外线、阴极射线、X射线、加热等激发源后，材料仍能继续发光。该类材料在防伪领域具有很大的应用潜力。例如，在人民币上使用了一些荧光材料以防止伪造。紫外线灯照射时会发光，但这种发光很简单。当照射时颜色不同，大大增强了人民币的不可伪造性。该技术还可用于为其他容易伪造的产品制作防伪标签。