導語
具有長余暉的純有機室溫磷光材料因其在光電、生化等領域的應用前景及其理論研究價值而得到廣泛的關注。如何構建具有不同發光顏色的長余暉材料一直是純有機室溫磷光材料領域的一大難點。近日，華東理工大學田禾院士、馬驤教授課題組開發了一種基于輻射能量轉移實現顏色可調控長壽命發光材料的通用性策略。相關成果發表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.202115748）。
馬驤課題組簡介
課題組主要研究領域為基于功能染料的有機光電組裝材料等。圍繞基于精細有機功能染料的親水性軟材料的精確構建、精準表征和精細調控，拓展傳統染料新的功能性應用等關鍵科學問題，開展了系統的應用基礎研究：一是對功能染料客體進行精確設計，構建具有特定組裝模式和功能的超分子及聚合物軟材料體系，對功能染料單元的熒光發光波長進行了有效地調控；二是通過分子組裝策略，對功能染料的室溫磷光發射效率進行了有效的調控，構建了系列非晶態純有機室溫磷光發射材料體系。目前課題組有博士后2名，博士10名，碩士13名。
馬驤教授簡介
華東理工大學教授，英國皇家化學會Fellow（FRSC）。2003年于天津大學獲學士學位，2008年獲華東理工大學大學博士學位。現擔任英國染色家學會（The Society of Dyers and Colourist, SDC）顏料和溶劑染料技術委員會（Colour Index Pigment and Solvent Dyes Technical Board）編委，中國化學會高級會員，青委會委員，超分子化學專委會委員，分子光子學與激發態化學專委會委員，中國化工學會染料專委會委員，中國感光學會青年理事。任學術期刊 Dyes and Pigments 執行主編等。迄今已發表論文140余篇，被引用6000余次，申請發明專利十余項，出版譯著兩本，英文專著三個章節，合編中文教材一本。
主要研究領域為基于功能染料的有機光電組裝材料等。圍繞基于精細有機功能染料的親水性軟材料的精確構建、精準表征和精細調控，拓展傳統染料新的功能性應用等關鍵科學問題，開展了系統的應用基礎研究：一是對功能染料客體進行精確設計，構建具有特定組裝模式和功能的超分子及聚合物軟材料體系，對功能染料單元的熒光發光波長進行了有效地調控；二是通過分子組裝策略，對功能染料的室溫磷光發射效率進行了有效的調控，構建了系列非晶態純有機室溫磷光發射材料體系。
馬驤教授曾獲2021年國家自然科學基金委杰青項目資助，2020年石油和化學工業聯合會青年科技突出貢獻獎，2020年上海化學化工學會莊長恭化學化工科學技術進步獎，2020年上海市優秀學術帶頭人，2019年當選英國皇家化學會會士（FRSC)，2019年度上海市自然科學二等獎，2019年中國化工學會侯德榜化工科學技術青年獎，2019年上海市曙光學者，2018年上海“青年科技英才”等。
前沿科研成果 基于輻射能量轉移構建顏色可調控長余暉材料的通用策略 在純有機室溫磷光材料領域中，如何構建具有不同發光顏色的長余暉材料一直是一大難點。除了結構修飾之外，非輻射能量轉移過程是調控磷光材料發射波長的另外一種可行策略。但是這一策略除了要求能量給受體的能級匹配之外，還要求給受體之間的距離足夠近，因而限制了其廣泛應用。 與非輻射能量轉移過程不同，輻射能量轉移一般被認為不能夠改變能量給受體的發光壽命。但是該研究團隊發現，當輻射能量轉移過程中的能量給體是長余暉材料時，能量受體的“發光壽命”會延長到與能量給體的發光壽命保持一致。原因在于當撤去激發光后，能量給體的余暉會充當激發光源繼續激發能量受體（熒光材料），從而導致觀測到的能量受體的發光壽命（定義為“表觀壽命”）與給體材料的余暉壽命一致。 基于這一策略，該研究團隊選取了開環態無熒光、閉環態有強熒光發射（發光量子產率>80%）的光致變色化合物1a與青色長余暉材料1BBI-DMBA。同時，化合物1閉環態（1b）的吸收峰與1BBI-DMBA的發射峰能夠較好的重疊。而開環態化合物1a的吸收與1BBI-DMBA的發射峰無重疊。這意味著1b能夠與1BBI-DMBA發生輻射能量轉移而1a不能。將化合物1a與1BBI-DMBA簡單的混和后，所得固體粉末（1BBI-DMBA-1）表現出明顯的青色余暉。在紫外光的持續照射下（40 s），成功使得1BBI-DMBA-1的青色余暉轉變為黃綠色余暉。其CIE坐標由（0.19, 0.30）調控到了（0.31, 0.46）。
圖1. a）化合物1BBI, DMBA, 1a和1b的化學結構式；b）化合物1a和1b的吸收光譜，化合物1b的發射光譜和1BBI-DMBA的發射光譜（插圖：1BBI-DMBA的壽命衰減曲線）
（來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
圖2. 1BBI-DMBA-1（4 wt%）的吸收光譜（a）、熒光光譜（b）、磷光光譜（c）、激發光譜（d）和壽命衰減曲線（e）在紫外光照射前后的變化；（f）紫外光照射前后，含有不同質量分數1a的1BBI-DMBA-1的歸一化磷光光譜；（g）含有不同質量分數1a的1BBI-DMBA-1在光穩態時的磷光CIE坐標圖；（h）1BBI-DMBA-1（8 wt%）在紫外光照射前后的余暉照片。
（來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
將磷光體替換為具有藍色長余暉的丙烯酰胺聚合物（P1）后，利用其在DMF等溶劑中的分散性，成功實現了在溶液態和凝膠態下不同顏色余暉的可逆調控。通過系統的表征這些材料在不同狀態下的發射光譜、發光壽命、激發光譜等數據，并設置相應的控制實驗，成功證明了其輻射能量轉移的機理。這一策略不僅具有較為簡單的工作原理，同時還有很強的通用性和可行性。相關成果以“A Universal Strategy for Tunable Persistent Luminescent Materials via Radiative Energy Transfer”為題發表于Angew. Chem. Int. Ed. （DOI: 10.1002/anie.202115748），文章第一作者是博士研究生馬良偉。
圖3. P1-1（5.0×10-5 M）的DMF溶液的熒光光譜（a）、磷光光譜（b）、CIE坐標圖（c）和壽命衰減曲線（d）在紫外光照射前后的變化；（e）在交替的365和480 nm光照下，P1-1在430 nm處的磷光強度變化；（f）含不同濃度1a的P1-1的DMF溶液在光穩態時的磷光CIE坐標圖（插圖：P1-1的DMF溶液（1.0×10-4 M）在紫外光照射前后的余暉照片）。
（來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
圖 4.（a）在不同狀態下P1-1-DOG的DMF溶液的照片；（b）P1-1-DOG的DMF凝膠在紫外光照射前后的余暉照片。
（來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
圖 5. 基于輻射能量轉移過程的顏色可調控的長壽命發光材料的工作原理示意圖和不同狀態下的余暉照片
（來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
文章以“A Universal Strategy for Tunable Persistent Luminescent Materials via Radiative Energy Transfer”發表在Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 202115748，文章作者為：Liangwei Ma, Qingyang Xu, Siyu Sun, Bingbing Ding, Zizhao Huang, Xiang Ma*, He Tian。
