科研动态

朱亮亮课题组通过FRET和AIE效应实现分子反卡莎规则发光效率的提升

发布时间:2019-09-17 

 

       绝大部分的有机化合物的发光(荧光或磷光)只能是从某一多重态中的最低激发态进行的辐射跃迁,而与激发光波长无关。这便是上世纪五十年代由美籍乌克兰裔光谱物理学家Michael Kasha提出的卡莎规则(Kasha's rule)。然而,随着化学的发展,人们逐渐发现了一些特殊的有机分子,由于它们具有超快的辐射跃迁速率或者较大的S2-S1的能级差,因此能够从它们的高激发态进行发光。近年来,对于这类化合物的研究越来越多(J. Phys. Chem. A., 2011, 115, 8344; Chem. Rev. 2012, 112, 4541; Chem. Sci. 2016, 7, 655; Nat. Chem. 2017, 9, 83)。由于这种所谓的反卡莎发光现象(Anti-Kasha's rule Emission)可以避免内转换和其它电子跃迁弛豫造成的能量耗散,因此理论上有利于发光量子效率的提升。但在实际研究中,由于分子结构的局限、能够表现出有效高激发态发光的材料体系还是较少,对于这类反卡莎发光的研究主要集中在开发含有薁、硫酮、芘等结构的化合物上(Chem. Rev., 2012, 112, 4541; J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 11830; Chem. Rev., 2017, 117, 13353; Chem. Mater. 2018, 30, 8008),要进一步加强反卡莎规则在化学水平上发光效率依然具有挑战。

       最近,复旦大学高分子科学系朱亮亮课题组报道了一种由氰基二苯乙烯修饰薁和六硫苯母核组成的分子结构合成和光物理研究,以展示一种能够大幅度增强的多波长的反卡莎规则发光性质。这种化合物结构采用来类似树冠状大分子的设计原理,充分利用氰基二苯乙烯修饰薁和六硫苯母核之间的荧光共振能量转移(FRET)过程,将六硫苯磷光发射潜力充分转移到6个含薁的端基上。同时,利用六硫苯的聚集诱导发射(AIE)活性,使得整个分子在聚集态层面的发光强度得到了进一步增强。这两种因素作用到一起,能够使通过薁发色团展现的反卡莎规则发光的量子产率(QY)放大约15倍。与常规前体相比的物质。此外,该系统中的发光还可以通过质子化作用、光异构和溶剂优化选择等多种因素进行智能调节。该化合物掺杂的聚合物基薄膜材料依旧能够保持增强的反卡莎规则发光性质,为先进固态发射材料的发展提供了新的视角。

                                   
 
       这一成果近期发表在美国物理化学杂志J. Phys. Chem. C (2019, 123, 22511−22518)上,论文的第一作者为博士生弓一帆。详见:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.9b06731

       朱亮亮课题组多年来从事功能自组装发光材料的基础和应用基础研究,致力于运用超分子组装和功能刺激响应行为(包括光化学)进行材料在化学层面的发光模式调控。(更多信息参见朱亮亮课题组网站:http://zll.fudan.edu.cn/)



 

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