近日，天津大學分子聚集態(tài)科學研究院研究團隊在英國皇家化學會旗艦期刊Chemical Science上發(fā)表論文Persistent organic room temperature phosphorescence: what is the role of molecular dimers?，目標化合物CS-2COOCH3同時具備室溫磷光(RTP)、熱活化延遲熒光(TADF)和單線態(tài)激基締合物發(fā)光(singlet excimer emission)的特性，清晰描繪了室溫磷光的詳細光物理過程及其分子二聚體扮演的具體角色，首次通過明確的實驗結果揭示了分子二聚體在RTP效應中的實際作用。
有機室溫磷光材料已成為當前化學和材料學科的研究熱點，一系列具有長壽命室溫磷光(RTP)特性的有機分子被相繼報道。目前，由于純有機化合物的RTP效應是在固態(tài)時被觀察到，因此分子堆積方式與RTP特性之間的關系備受關注。分子二聚體是描述分子聚集狀態(tài)十分有效的模型，也是被研究最為廣泛的分子間相互作用形式，經常被用來解釋分子堆積對RTP特性的影響。
圖1 (A)問題的提出：分子二聚體在RTP發(fā)射過程中的確切作用是什么，以及這一問題的解決方案，其中F1表示單分子占主導的熒光，P1表示單分子占主導的磷光，F2表示單線態(tài)激基締合物熒光，P2表示三線態(tài)激基締合物磷光；(B)目標化合物CS-2COOCH3的分子設計策略。
圖2 (A) CS-2COOCH3在不同狀態(tài)下歸一化的穩(wěn)態(tài)發(fā)光光譜——晶態(tài)、研磨態(tài)和PMMA薄膜摻雜態(tài)；(B) CS-2COOCH3在405 和505 nm處的熒光衰減曲線；(C) CS-2COOCH3在不同狀態(tài)下的磷光光譜；(D) CS-2COOCH3晶體在430、460和490 nm處的磷光衰減曲線及其在關閉365 nm紫外燈照射后的室溫磷光照片。
天津大學分子聚集態(tài)科學研究院研究團隊研究人員通過巧妙的分子設計首次獲得了一個同時具有室溫磷光、熱活化延遲熒光和單線態(tài)激基締合物發(fā)光的純有機化合物，實現了對三重態(tài)激子和單重態(tài)激子衰減行為的深度解析。該項工作是首次嘗試根據明確的實驗結果揭示二聚體在RTP效應中的實際作用，借助獨特的分子設計將分子二聚體在長壽命RTP發(fā)射中的作用及其激發(fā)態(tài)過程得以清楚展現。
圖3 CS-2COOCH3晶體在不同溫度下的光致發(fā)光光譜。
圖4 (A) CS-2COOCH3的單晶結構分析；(B) CS-2COOCH3晶體中的單分子和分子二聚體T1態(tài)的自然躍遷軌道(NTO)計算。
圖5 CS-2COOCH3光致發(fā)光的激發(fā)態(tài)過程示意圖。
本論文第一作者和通訊作者分別為天津大學分子聚集態(tài)科學研究院的2019級博士生王云生和教師楊杰 ，共同通訊作者為唐本忠院士和李振教授。本論文受到了天津大學、天津市政府、國家自然科學基金(No, 51903188)，天津市自然科學基金(No, 19JCQNJC04500)的資助。
來源：天津大學
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