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  傳統(tǒng)的室溫磷光材料大多是無(wú)機(jī)化合物。無(wú)機(jī)材料有很多缺點(diǎn)，如加工性差，品種有限，成本高，脆性大，柔性差，容易受損，不適合大面積制備等。有機(jī)金屬磷光材料的出現(xiàn)及發(fā)展，已部分克服了無(wú)機(jī)材料的上述缺點(diǎn)，但存在新的問(wèn)題。由于很多有機(jī)金屬磷光材料使用稀土金屬，這增加了材料的成本以及毒性。同時(shí)它們具有反應(yīng)活性高和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。這些問(wèn)題大大限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。因此，具有廣泛適用性和分子結(jié)構(gòu)可調(diào)控性的純有機(jī)化合物磷光材料將會(huì)是一種更好的選擇。純有機(jī)分子磷光材料具有良好的加工性，這使得它們更適用于大面積顯示器和柔性電子器件的制備。其次，毒性低和生物相容性的優(yōu)點(diǎn)使他們有希望應(yīng)用在生物工程和醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域。有機(jī)分子的易功能化，使得它們更容易滿(mǎn)足設(shè)計(jì)特定的傳感器和光敏開(kāi)關(guān)的要求。所以，研發(fā)有機(jī)室溫磷光材料具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。

  研發(fā)長(zhǎng)壽命且高效率的有機(jī)室溫磷光材料是近幾年受到極大關(guān)注的研究課題。國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究組已經(jīng)采用了不同的策略來(lái)獲得純有機(jī)磷光體系。過(guò)去的研究工作主要集中在調(diào)控有機(jī)磷光分子的聚集行為以減少它們的非輻射躍遷形式的衰減。盡管付出了巨大的努力，但是仍然缺乏有效的材料設(shè)計(jì)原則和理論指導(dǎo)，也很難獲得具有高發(fā)光效率和長(zhǎng)壽命的室溫磷光材料。

  中國(guó)科學(xué)院院士、香港科技大學(xué)唐本忠教授與中科院化學(xué)研究所副研究員彭謙等人合作，仔細(xì)分析已報(bào)道的室溫磷光材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，得出這些體系面臨一個(gè)“兩難”的困境：具有高發(fā)光效率的室溫磷光材料通常具有較短的壽命，而具有較長(zhǎng)壽命的室溫磷光材料通常發(fā)光效率較低。這對(duì)研發(fā)具有長(zhǎng)壽命且高效率的有機(jī)室溫磷光材料提出了巨大的挑戰(zhàn)。他們?cè)O(shè)計(jì)并合成了一系列有機(jī)室溫磷光分子，它們都兼具高效率和長(zhǎng)壽命的優(yōu)異特性。這項(xiàng)研究發(fā)表在新一期美國(guó)細(xì)胞出版社下屬的《Chem》雜志上。

  該工作主要討論如何從分子結(jié)構(gòu)層面去設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽命及高效率的有機(jī)室溫磷光分子。通過(guò)建立理論模型，分析前人報(bào)道的有機(jī)磷光分子結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系，提出了研發(fā)具有優(yōu)異性能的純有機(jī)室溫磷光的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則（參考圖1）。

圖1,  A，三線(xiàn)態(tài)躍遷的分子軌道理論模型。B，RTP分子設(shè)計(jì)要素。C，不同分子結(jié)構(gòu)的分子旋軌耦合常數(shù)(xSO)與分子三線(xiàn)態(tài)躍遷時(shí) 3(n, p*)所占比例 （an）變化量的關(guān)系。D，不同分子測(cè)得的實(shí)驗(yàn)壽命與理論計(jì)算的分子第一三線(xiàn)態(tài)中3(p, p*)所占比例(bp)的關(guān)系。

  基于提出的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)并合成了一系列含羰基的芳香化合物。它們均為有機(jī)室溫磷光分子，所發(fā)磷光覆蓋從藍(lán)光到橙紅光的可見(jiàn)光范圍（參考圖2），具有高效率和長(zhǎng)壽命的特性，其中一個(gè)磷光材料發(fā)光效率高達(dá)34.5%，壽命長(zhǎng)達(dá)230毫秒。

圖2，A, 分子結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的磷光壽命和效率。B，BDBF分子的磷光衰減曲線(xiàn)及照片。 C，化合物穩(wěn)態(tài)光譜及磷光光譜。D，化合物磷光衰減曲線(xiàn)。

  目前，由于缺乏關(guān)于結(jié)構(gòu)與性能的系統(tǒng)研究和分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，大部分室溫磷光材料處于基礎(chǔ)研究階段。基于此理論模型和分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，他們嘗試研發(fā)壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)秒和更高效率的有機(jī)室溫磷光材料。具體研究方面，他們正致力于開(kāi)發(fā)有機(jī)室溫磷光小分子和高分子，同時(shí)將這類(lèi)磷光材料應(yīng)用于生物成像，光學(xué)記錄，防偽系統(tǒng)和長(zhǎng)余輝有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）等高科技領(lǐng)域。

  文章鏈接: http://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(16)30112-7

  Cell Press發(fā)布在美國(guó)AAAS的EurekAlert！網(wǎng)站上的新聞公報(bào)：

Chemists design organic molecules that glow persistently at room temperature https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-10/cp-cdo100616.php

  Sciencedaily 報(bào)道：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/10/161013155251.htm

  新華社報(bào)道：http://news.xinhuanet.com/world/2016-10/15/c_1119723349.htm

  Highlighted by C&EN: http://cen.acs.org/articles/94/i41/Getting-organic-glow.html