Matter：简单主客体分子实现高效持久室温磷光并

作者：张馨予

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Physical science

作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2022年第二十五期（总第109期）专栏文章，由来自中国科学院福建物质结构研究所研究员、中科院青年创新促进会会员谷志刚，就Matter中的论文发表述评。近年来室温磷光（RTP）材料由于其在传感、数据加密、生物成像和光电器件等领域具有巨大的应用潜力而引起人们的极大关注。然而，同时提高无金属材料体系的RTP效率和寿命仍然是实现其应用的最大挑战。近日唐本忠院士团队利用萘（NL）的长寿命三重态和基于1,4-二氯苯（DCB）系间窜跃（ISC）促进因素，揭示了一种同时具有高RTP（量子产率>20%）和超长寿命（>760 m，持续时间 10 s）的客/主体系（NL/DCB）。基于系统的实验和理论研究，NL/DCB高效RTP的潜在机制主要是簇激子的形成促进萘分子的ISC和三重态分布。同时，该团队第一次通过使用其超长余辉快速超灵敏检测常见有害VOC，在极低浓度下检测萘分子蒸汽，为纯有机磷光的实际应用开辟了另一条途径。

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以萘为工业前体可用于合成多种重要化学品，比如在世界范围内被用作驱虫剂和除臭剂已有很长一段时间。然而，由于萘蒸汽在室温下迅速升华，产品的应用总是导致室内高浓度的萘蒸汽，其毒性高（包括导致溶血和器官损伤的能力）、致癌性和高易燃性极易威胁人们的生命健康。世界卫生组织和许多国家已将萘指定为非法成分。对于执法人员和消费者来说，萘的外观和气味与樟脑丸相似导致通过常规密度法将萘与樟脑区分开来是一个挑战。因此，非常需要一种专用于萘识别的特定方法。

发光光谱学广泛应用于分析化学和生物科学等各个学科，因为它可以提供有关给定物质电子状态的特征信息。与稳态发光光谱相比，余辉光谱可以通过时间分辨技术滤除激发光的干扰，从而获得更高的信噪比。此外，余辉现象相当直观，肉眼可以分辨。因此，近年来开发了许多超长余辉材料，在照明、加密、成像和高级防伪等方面显示了潜在的应用价值。

作为最简单的多环芳烃，萘的磷光性能几乎只在低温下进行研究。这是因为萘在非刚性基质中表现出相对较弱的磷光以及其平面构象往往会导致聚集淬火（ACQ），使其难以显示RTP（图1）。因此在室温下非卤化萘的强和超长磷光的报道很少。这种情况提出了一个重要的问题：萘分子到底能不能产生在大气条件下的实际应用中非常有用的高效超长磷光？为了实现萘的高效RTP，至少应满足三个要求：（1）萘分子分散在基质中，以避免大块聚集；（2）基质在室温下具有足够的刚性和密度，以最小化分子运动和氧猝灭；（3）由于萘缺乏电子自旋翻转等所需的“单中心”px到py轨道跃迁，关键点在于主体除了作为刚性基质外，还需要促进自旋轨道耦合的功能。▲图1 具有纯π-π*跃迁的磷光体的高效RTP的设计策略

该团队巧妙的利用含卤素的主体比如（1,4-二氯苯DCB）的外部重原子效应，可以与萘分子形成簇激子使其系间窜跃（ISC）进一步增强；同时DCB与萘分子之间的给电子和吸电子能力相差不大，避免了光诱导电子转移的猝灭。该团队通过在萘和不同基质之间分别以1/100的起始质量比制备客体/基质样品。对于NL/DMB（图2A），在254 nm光照射下观察到微弱的蓝色发光，在紫外线照射停止后的环境条件下，绿色余辉可以保持8秒。NL/DMB的低效RTP表明，DMB主要为萘分子提供非弹性基质，但没有显著增强萘的ISC。相比之下，NL/DCB、NL/TCB和NL/DBB都向肉眼显示出更强烈的绿色RTP发射，其中NL/DCB的发射最亮（图2B、2C和2E）。在紫外线激发停止后，NL/DCB也表现出最长的余辉（11秒），其次是NL/TCB（8秒）。然而，NL/DBB的余辉持续时间仅为1 s。在这些含卤素的主体中，萘的RTP波段始终主导稳态PL光谱，几乎与延迟发射光谱重叠。在环境条件下，在“简单”的NL/DCB客/主体系中实现了明亮和超长的余辉，避免了繁琐和昂贵的合成过程。▲图2 详细的客/主体系的发光性能