利用端羟基工程的具有动态室温磷光的过冷液体

研究背景

近年来，有机室温磷光(RTP)材料因其多样的激发态特性，如大的辐照偏移、高的量子效率、长的寿命等而引起广泛关注。根据 Jablonski 图，在纯有机发光分子中实现高效的RTP 发射需要两个条件。一个是通过引入重原子、芳香族基、杂原子等来促进SC 过程，另一种是通过各种方法，如晶体工程、主客体掺杂、聚合和超分子组装等，建立一个刚性的分子环境，来抑制三重激子的非辐射性转换。也就是说，在环境条件下，刺激前后的磷光没有发生变化。相反，动态 RTP 材料在外部刺激下表现出可调控的磷光特性，在传感、发光开关、信息安全、数据存储等方面有很大的应用潜力。迄今为止，通过调节分子排列、分子间的相互作用、以及通过交替的光和热刺激操纵氧气渗透性等，已经获得了分子在晶体或聚合物基质中的动态磷光行为。

值得注意的是，凝结材料在液态下更加灵活，具有优越的可加工性和灵活性。由于强分子运动的非辐射性转变造成的三重激子耗散和外部淬火剂的严重淬灭，在环境条件下开发具有 RTP 的发光分子液体是一个艰巨的挑战。过冷液体(SCLs)是一种特殊的分子液体在熔点以下表现出高粘度和可伸展性， 既具有固体的冷凝特性，又具有液体的灵活性。它们是开发具有柔性行为的有机 RTP 荧光粉的极佳替代品。开发磷光体在柔性光电子领域的潜在应用仍需进一步努力。

研究成果

动态室温磷光(RTP)材料在光电子学中具有潜在的应用，但不可避免地存在加工性、灵活性或伸展性差的问题。在此，南京工业大学安众福教授团队报告了一个简明的策略，利用末端基工程开发具有动态RTP 行为的过冷液体(SCL)。端羟基有效地阻碍了分子的成核过程，以便在热退火后形成稳定的 SCLs。令人印象深刻的是，SCLs 通过紫外光和热的交替刺激显示了可逆的 RTP 发射在环境条件下，光活化的 SCLs 的磷光效率为 8.50%，寿命为 31.54 ms。关于 SCL 的动态RTP 行为和可伸展性，作者展示了在柔性基底上的可擦除数据加密和图案的应用。这一发现为获得具有 RTP的单片机提供了一个设计原则，并扩大了 RTP 材料在柔性光电子领域的潜在应用。相关研究以“Supercooled liquids with dynamic room temperature phosphorescence using terminal hydroxyl engineering”为题发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。

图文导读

Scheme 1. Synthetic routes of PnOH and PnC molecules.

Figure 1. A schematic representation of organic supercooled liquids with dynamic RTP.

Figure 2. Dynamic RTP behavior of P4OH under ambient conditions.

Figure 3. Mechanism of SCL formation and dynamic RTP emission of P4OH.

Figure 4. Demonstration of supercooled liquids with dynamic RTP for erasable information encryption and stretchability on flexible substrates.

总结与展望

综上所述，作者在环境条件下通过端基工程成功实现了一系列过冷液体(SCLs)。结合单晶分析和对照实验，发现柔性侧链上的末端基修饰使分子在热退火后通过强氢键有效阻碍了成核过程，从而形成了稳定的 SCLS。值得注意的是，SCLs 的磷光在紫外光的连续照射下逐渐出现，并且在环境条件下加热后很容易恢复到初始状态。在光活化后，SCL 具有最长的发射寿命，P40H分子的发射寿命可达 31.54 ms。视觉RTP 发射的可逆性可以通过紫外光和加热的交替刺激来实现。鉴于 SCLs 出色的可加工性、灵活性和可拉伸性，首先展示了具有独特动态RTP行为的SCLs在可擦除数据加密和柔性基材上的潜在应用。这些结果不仅概述了开发新型 RTP 材料的设计原则，而且还将 RTP 材料的应用范围扩大到柔性光电子领域。

文献链接

Supercooled liquids with dynamic room temperature phosphorescence using terminal hydroxyl engineering

https://doi.org/10.1002/anie.202301564

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