具有雙室溫磷光的單一有機分子的白光發射

 

　　【成果簡介】

 

　　近日，香港科技大學唐本忠院士和中科院化學研究所彭謙副教授(共同通訊作者)等報道了幾種含有羰基(C=O)、重鹵素原子(F、Cl或Br)和π-延伸硫芴基團的純有機熒光體，在Nature Communication上發表了題為“White light emission from a single organic molecule with dual phosphorescence at room temperature”的研究論文。上述熒光體在晶態均顯示出雙室溫磷光(RTP)發射現象。有趣的是，在ClBDBT中可觀察到純白色磷光發射，其CIE1931色度坐標為(0.33，0.35)。白光發射來自兩種具有不同波長和壽命的室溫磷光能帶(即兩種具有不同激發能量和過渡軌道特性的電子激發三線態)混合。研究人員也證實系統內混合低激發和高激發的三線態發射雙重室溫磷光是一種構筑無金屬純磷光的SMWLEs通用的策略。

 

　　【圖文簡介】

 

　　圖1開發SMWLEs室溫磷光系統的策略和實例

 

　　

 

 

 

　　a) 雙磷光發射的Jablonski能級圖;

 

　　b) ClBDBT的照片。其中以ClBDBT 粉末繪出一盞燈的形狀，激發源開啟時為白色，關閉后為黃色;

 

　　c) 室溫磷光體的分子結構。

 

　　圖2 幾種磷光體的光物理性質

 

　　

 

 

 

　　a) 300 K時幾種磷光體的瞬態(實線)和穩態(虛線，10 ms)PL光譜圖;

 

　　b) 300 K時幾種磷光體的600 nm持續發射和467 nm快速發射(插圖)的PL衰減線;

 

　　c) 幾種磷光體的CIE 1931色度坐標;

 

　　d) 激發波長為365 nm時，幾種磷光體在激發前后的照片及其磷光量子效率和壽命。

 

　　圖3 ClBDBT溫度相關的光物理性質

 

　　

 

 

 

　　a) 50-300K下ClBDBT晶體的PL光譜;

 

　　b) 77 K 下ClBDBT的瞬態(實線)和穩態(虛線，10 ms) PL光譜以及其粉末和溶液狀態的照片;

 

　　c) 50-300K下551 nm激發的ClBDBT 時間分辨PL衰減線;

 

　　d) 50-300K下467 nm激發的ClBDBT 時間分辨PL衰減線。

 

　　圖4 機理探究的理論計算

 

　　

 

 

 

　　a) 計算所得絕熱能級;

 

　　b) 計算所得電子轉移性能;

 

　　c) 相應的前線分子軌道;

 

　　d) 300K時T1和T2態的發射光譜;

 

　　e) 50-300 K下ClBDBT的(TD) B3LYP/6-31(d)/GAFF水平上T1態的發射光譜。

 

　　圖5 BDBT、ClBDBT和BrBDBT的晶體結構

 

　　

 

 

 

　　碳原子為灰色，氧原子為紅色，硫原子為黃色，氯原子為綠色，溴原子為桔色，氫原子未顯示。

 

　　【小結】

 

　　該研究報道了幾種具有雙重RTP發射的純有機室溫熒光體。實驗和理論研究表明，雙重RTP應來源于低激發和高激發三線態，在此基礎上獲得了具有純粹磷光的白光發射材料，其中ClBDBF的CIE 1931色度坐標為(0.33，0.35)。從該研究的實驗和理論的所得設計策略將應用于繼續探索白色有機磷光體發射器，以及探究鹵素原子和包裝模式的影響。

 

　　文獻鏈接：He Z, Zhao W, Lam J W Y, et al. White light emission from a single organic molecule with dual phosphorescence at room temperature[J]. Nature Communications, 2017, 8(1): 416.