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理学院何自开副教授课题组在有机三线态激子调控领域取得新进展
发布时间:2022-04-29 19:45:31 1944

【哈工大(深圳)宣】(何自开 黄文斌 于杰/文、图)近期,在国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市基础研究等项目支持下,哈工大(深圳)理学院何自开副教授团队在有机三线态激子调控领域取得重要进展,该研究涉及三线态激子的高效生成、快速传递、可控辐射、刺激响应非辐射等全弛豫过程,提出了激发态的光物理过程新机制。

有机光电材料的光物理性质一直是有机电子学的研究前沿,其中激发态的特性是影响材料性能的重要因素之一。近年来,与有机三线态激子相关的特殊光物理过程衍生出许多新的研究领域,提供了大量具有特殊功能的有机光电材料,带来多项重要进展。然而三线态的产生和弛豫过程复杂且难以调控,尤其是在聚集体状态下的行为常常突破经典分子光化学理论的约束,带来了新的问题和挑战。

该团队关注有机室温磷光体系的圆偏振发光性能。圆偏振发光材料是一类可以发出差异性左旋或右旋圆偏振光的新型光电材料,受限于分子中弱的自旋轨道耦合作用、三线态激子的易淬灭性和易失活性以及有机分子结构中小的手性特征,圆偏振有机室温磷光体系鲜有报道。采用二苯并呋喃作为基本单元,构建锁环的联二苯并呋喃分子,利用动力学化学反应一步拆分,实现高的手性纯度。作为新型的圆偏振磷光材料,该分子在掺入聚乙烯醇后在光和热的诱导下,产生高效的室温圆偏振磷光,不对称因子高达0.12。基于这种光热响应的圆偏振磷光性能,有望在光学传感以及隐形防伪等方面发挥作用。这一成果近期发表化学领域国际著名期刊《Angewandte Chemie Internationa Edition》上,本文共同第一作者为哈工大(深圳)博士研究生黄文斌和硕士研究生付春亚,哈工大(深圳)为唯一通讯单位,何自开副教授为通讯作者。该论文同时被选为热点论文(Hot Paper)。

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图1 联二苯并呋喃实现高不对称性室温圆偏振磷光

此外,该团队关注三线态激子高效生成新机制。提出通过空间共轭的自旋轨道耦合机制促进系间窜跃,实现一类桥连体系的纯室温磷光发射。空间共轭电荷转移在热活化延迟荧光中已经有了非常深入的研究,极小的单线态和三线态能差可以促进反系间窜跃,面对面的刚性结构又可以抑制非辐射衰减。关于空间共轭作用对于系间窜跃和有机室温磷光发生的影响的报道则较少涉及。团队设计合成XPT、XPF和XPC三种桥连共轭分子(图2),其晶体在室温下发射磷光,且只来源于吩噻嗪片段。桥连结构结合能隙规则,共同形成了空间共轭的自旋轨道耦合新机制,促进系间窜跃,速率常数最高达到1.2 × 109 s-1,从而获得到无重原子的纯室温磷光发射。这一成果发表在《美国化学会志》开源新期刊《JACS Au》上,本文共同第一作者为哈工大(深圳)博士研究生于杰和南京工业大学马会利副教授。哈工大(深圳)为第一通讯单位,同济大学李新贵教授和哈工大(深圳)何自开副教授为共同通讯作者。

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图2 空间共轭分子结构和晶体结构

据悉,近年来,何自开副教授课题组持续研究有机三线态激子的调控,围绕有机室温磷光材料长寿命和高效率的之间的矛盾对立问题,阐明了三线态激子的高效生成、快速传递、可控辐射、刺激响应非辐射等全弛豫过程新机制。鉴于在此领域的研究贡献和影响,何自开副教授和香港科技大学【现为香港中文大学(深圳)】唐本忠院士在材料学国际顶尖杂志《Nature Reviews Materials》(影响因子为66.308)合作发表题为“Room-temperature phosphorescence from organic aggregates”的综述,入选ESI高被引论文和热点论文。哈工大(深圳)为第二通讯单位,何自开副教授和唐本忠院士为共同通讯作者。(编辑 谢梁晖 审核 张惠屏)

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图3 有机磷光的研究进展

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202202977

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205338

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.1c00290

https://www.nature.com/articles/s41578-020-0223-z