南工大合成分子态蓝色室温磷光材料

有望应用在数据安全、加密墨水、指纹识别等领域

　　中化新网讯 最简单的分子实现最优异的磷光性能。南京工业大学黄维院士、安众福教授科研团队同新加坡国立大学刘小钢教授提出“发色团限域”策略，最终实现了分子态高效蓝色室温磷光。相关成果于8月23日发表在《自然—材料》上。

　　蓝光，作为光的三原色之一，是固态照明和全彩显示的核心组分，在生物医学、光通讯等领域也展现出广阔的应用前景。目前，各种各样的蓝光材料被广泛研究开发，近年来有机室温磷光材料受到了广泛关注，如何构筑长寿命、高效率的蓝色室温磷光是无重原子有机磷光材料领域面临的挑战之一。

　　针对上述挑战，该团队基于对聚集态磷光的深入理解和对低温77K下溶液单分子态磷光现象的深度思考，基于强作用力的离子键，他们创造性地提出了“发色团限域”策略，构筑了具有分子态高效室温磷光的有机离子晶体材料。由于离子键不具有方向性和饱和性的特征，使得分子周围可以结合众多的抗衡离子，将发色团限域在一个刚性、孤立的环境中。同时，羧酸基团不仅可以形成离子键，而且还有利于促进激子的系间窜越，因此，他们选择以均苯四甲酸(PMA)这一多羧酸化合物为研究模型。

　　基于此，该团队成功合成了均苯四甲酸四钠盐(TSP)的高效蓝色室温磷光离子晶体材料。光激发后，有机离子晶体TSP呈现明亮的蓝色长余辉现象，其寿命可达168.39毫秒。研究发现稳态光致发光光谱和磷光光谱几乎完全重叠，仅在325纳米处出现一个极小的荧光峰。较大的磷光峰占比从侧面说明了其高效的磷光效率，磷光效率高达66.9%。

　　为了进一步验证“发色团限域”策略实现分子态高效室温磷光的普适性，该团队调整抗衡离子和发色团单元，设计合成了5个蓝色磷光材料、2个绿色磷光材料和5个黄色磷光材料，均实现了长寿命、高效室温磷光。最终，他们实现了高达96.5%的世界纪录级的蓝色室温磷光发光。

　　鉴于有机离子晶体的高效长余辉和水溶性特征，该团队基于离子晶体TSP制备了加密墨水，通过喷墨打印技术，实现了材料在数据安全方面的应用。普通日光下，不能显示加密信息；关掉光源后，呈现出加密信息。基于该材料优异的喷墨打印加工性能，他们打印了高精度的世界地图，展示了该类材料在加密墨水方面的应用潜力。同时，由于这类离子化合物能够与指纹中的油脂等富羟基结构结合，该团队将其应用到了指纹识别中，其识别程度极高，指纹中的呼吸孔都能成功识别。

　　该项研究对理解有机磷光材料分子结构、堆积方式与发光性能的关联机制具有重要意义，也为纯有机室温磷光材料迈向新应用奠定了基础。