由于純有機(jī)分子的旋軌耦合比較弱，長期以來有機(jī)材料室溫下沒有磷光。最近，一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在固相下純有機(jī)化合物也會(huì)表現(xiàn)出高效室溫磷光，但其發(fā)光效率和壽命不可兼得。
清華大學(xué)化學(xué)系帥志剛教授和中科院化學(xué)所彭謙副研究員等人提出了一對分子描述符來分別表征磷光效率和壽命。由羰基和π-共軛片段組成的典型RTP體系，其激發(fā)態(tài)可以視為n→π*躍遷和π→π*躍遷兩組分的組合。他們基于光物理原理，特別是El-Sayed規(guī)則，引入了一對分子描述符（γ，β），其數(shù)值的大小與固相下單/三線激發(fā)態(tài)的（n，π*）和（π，π*）躍遷成分有關(guān)。結(jié)合量子力學(xué)/分子力學(xué)（QM/MM）方法，他們揭示了分子描述符（γ，β）與磷光效率和壽命以及旋軌耦合之間的關(guān)系。他們提出，大的γ和β值有利于有機(jī)材料中強(qiáng)的、長壽命的RTP。該研究以題為“Efficient and Long-lived Room Temperature Organic Phosphorescence: Theoretical Descriptors for Molecular Designs”發(fā)表于Journal of the American Chemical Society，2019， 141， 1010-1015。
第一作者馬會(huì)利原為帥志剛教授課題組的博士后，出站后入職南京工業(yè)大學(xué)任副研究員。該研究成果是基于前期馬會(huì)利等提出的固相有機(jī)室溫磷光的基本過程(Ma HL, Shi W, Ren JJ, Li WQ, Peng Q*, Shuai ZG*,“Electrostatic Interaction-Induced Room-Temperature Phosphorescence in Pure Organic Molecules from QM/MM Calculations”. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 2893)和一系列與實(shí)驗(yàn)合作工作的進(jìn)一步提升，如基于理論分子設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)上獲得了高效長余輝磷光材料，見Zhao WJ, He ZK, Lam JWY, Peng Q*, Ma HL, Shuai ZG, Bai GX, Tang BZ*,“Rational Molecular Design for Achieving Persistent and Efficient Pure Organic Room-Temperature Phosphorescence”，Chem, 2016, 1, 592.該工作得到C&En News、新華社等眾多媒體報(bào)道，這些報(bào)道均指出是基于理論計(jì)算設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)上獲得了效率高達(dá)36%，壽命長達(dá)0.23秒的純有機(jī)分子。他們關(guān)于有機(jī)室溫磷光的理論計(jì)算研究還在若干實(shí)驗(yàn)工作中得到應(yīng)用，合作發(fā)表的論文有：
(1) Zhao WJ, He ZK*, Peng Q*, Lam JWY, Ma HL, Qiu ZJ, Chen YC, Zhao Z, Shuai ZG, Tang BZ*, “Highly sensitive switching of solid-state luminescence by controlling intersystem crossing”, Nature Commun 2018, 9, 3044;
(2) Wang, JG, Xu XG*, Ma HL, Peng Q, Huang XB, Zheng XY, Sung SHP, Shan GG, Lam JWY, Shuai ZG, Tang BZ*, “A facile strategy for realizing room temperature phosphorescence and single molecule white light emission”, Nature Commun, 2018, 9, 2963;
(3) He ZK, Zhao WJ, Lam JWY, Peng Q*, Ma HL, Liang GD, Shuai ZG, Tang BZ*, “White light emission from a single organic molecule with dual phosphorescence at room temperature”, Nature Commun, 2017, 8, 416.
這一系列工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)科學(xué)中心項(xiàng)目“分子聚集發(fā)光”（編號21788102）和科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“有機(jī)納米光子學(xué)材料的可控組裝與器件集成”（編號2017YFA0204501）的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b11224
