供稿：張婷

編輯：chen
 

磷光材料是一種應(yīng)用廣泛,、具前景的發(fā)光材料,，我們所熟知的夜明珠就是一種磷光材料。雖然與熒光同屬于光致發(fā)冷光現(xiàn)象,，但磷光的發(fā)光壽命遠(yuǎn)長于熒光,，且具有較大的斯托克斯位移，這些特點使得其成為發(fā)光材料領(lǐng)域的研究熱點。

雖具備種種優(yōu)勢,，但磷光的發(fā)光強度易受溫度和氧氣的影響,，高溫及高濃度氧氣都會猝滅磷光。因此,，能在室溫條件下就可以發(fā)出磷光的材料——室溫磷光材料的開發(fā)應(yīng)用,，就顯得為重要,。

室溫磷光材料的基礎(chǔ)設(shè)計在近年來已經(jīng)取得了很大的進展,，但目前已報道的多數(shù)室溫磷光材料仍然不夠理想。一方面,，這些材料大多含有重金屬,，而重金屬通常價格較高且生物毒性較大；另一方面,，大多數(shù)純有機室溫磷光材料是在晶態(tài)下發(fā)光,，而晶體的培養(yǎng)過程相對復(fù)雜且重復(fù)性較差，不便于批量生產(chǎn),。因此,，制備方法簡單、低成本,、發(fā)光性能穩(wěn)定的無定形態(tài)純有機室溫磷光材料就成為目前亟待研究的重點,。
 

令人高興的是，華東理工大學(xué)的田禾院士,、馬驤教授團隊近年來一直致力于無定形態(tài)純有機室溫磷光材料的研究,，對這一領(lǐng)域有著深刻的理解和認(rèn)識，并且取得了一系列突破性進展,。近期該團隊受邀撰寫了關(guān)于室溫磷光材料的綜述,，并發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. 該綜述主要從無定形態(tài)純有機室溫磷光材料的設(shè)計思路入手，總結(jié)評述了近年來該領(lǐng)域的一些代表性研究成果和熱門應(yīng)用,。

發(fā)光機理

 

實現(xiàn)高量產(chǎn)的重要途徑

減弱發(fā)光分子的非輻射失活
 

為了得到高磷光量產(chǎn)的材料,，減弱磷光發(fā)射的競爭過程便是一個很有效的途徑，即減弱發(fā)光分子的非輻射失活過程,。
 

為了達(dá)到這一目的,，近年來各大院校的研究團隊們開發(fā)出一系列策略，包括：將發(fā)光分子套入具有保護作用的主體大環(huán)分子內(nèi),、與聚合物相互摻雜或是直接共價連接,、利用氫鍵等作用力將發(fā)光分子聚集在一起等等。
 

這些策略都可以有效減弱發(fā)光分子的振動,，并且保護發(fā)光分子不受外界猝滅因素的影響,，從而實現(xiàn)室溫磷光的發(fā)射。

夜光標(biāo)志（來源：baidu）

多種思路突破難題

室溫磷光材料設(shè)計的科研成果
 

基于上述思路，我們來看看近年來學(xué)界也都取得哪些突破性的研究成果,。
 

早在2016年,，田院士和馬教授課題組，就曾報道了一種制備純有機室溫磷光發(fā)射聚合物材料的簡便方法,，該團隊采用的是共聚的思路,，具體做法為：將磷光團與丙烯酰胺共聚，從而得到剛性無定形態(tài)聚合物,。這種聚合物可以有效抑制發(fā)光分子的非輻射躍遷,，從而可以實現(xiàn)高效室溫磷光的發(fā)射。此方法適用于各種不同的磷光團,，目前已基本實現(xiàn)了從近紅外區(qū)到紫色可見光范圍內(nèi)的全光譜發(fā)射,。

據(jù)課題組介紹，在這一系列實驗中,，大量的發(fā)射光譜,、激發(fā)光譜、量子產(chǎn)率等表征工作均使用HORIBA FluoroMax-4熒光光譜儀完成,，該儀器可以同時測出發(fā)光材料的熒光及磷光發(fā)射光譜,，并能夠直接用CIE色坐標(biāo)來表征材料的發(fā)光顏色。積分球附件也可以很方便地測出溶液態(tài)及固態(tài)材料的量子產(chǎn)率,。
 

2018年,，新加坡南洋理工大學(xué)趙彥利教授課題組采用的則是另一種思路，趙教授團隊將磷光分子與聚合物摻雜來進行研究,。具體做法是：將一個外圍修飾有六個苯甲酸的磷光團,，與無定形態(tài)的聚乙烯醇進行簡單的摻雜，體系中豐富的氫鍵作用可以有效減弱分子振動造成的能量損失,，減少磷光信號的猝滅,。此外，紫外燈照射可以使聚乙烯醇內(nèi)部形成共價鍵,，進一步減弱了發(fā)光體的非輻射躍遷,，從而實現(xiàn)了長壽命、高量產(chǎn)的室溫磷光發(fā)射,。
 

綜上,，我們可以看到，對于無定形態(tài)純有機室溫磷光材料的設(shè)計,，科研人員們一直在開展研究并且已經(jīng)取得不少成果,。

不同顏色發(fā)光材料（來源：baidu）

廣闊前景未來可期

室溫磷光材料的熱門應(yīng)用

上文我們已經(jīng)介紹了室溫磷光的一些科研發(fā)展，這些發(fā)展也使得室溫磷光材料在防偽,、生物成像,、探針等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價值,，下面我們就一起看看都有哪些具體的應(yīng)用場景~
 

1. 防偽

防偽墨水（圖片來源：baidu）

大多數(shù)磷光材料在普通日光下沒有任何發(fā)光現(xiàn)象，只有在紫外燈照射下才可以發(fā)出肉眼可見的光,，且有一些材料的磷光壽命長,，在關(guān)掉紫外燈后還可以有肉眼可見的余輝。因此,，將室溫磷光材料制成墨水,，便可以實現(xiàn)文字或圖案內(nèi)容的加密和防偽。
 

若將長壽命的室溫磷光材料和短壽命的熒光材料結(jié)合在一起制成墨水,，還可以使得加密內(nèi)容在紫外光照射前,、照射時、照射后分別呈現(xiàn)出不同的狀態(tài),，進一步提升了防偽技術(shù)水平,。
 

2. 檢測氧氣濃度

室溫磷光材料也是一種可用于檢測氧氣含量的探針,。我們知道氧氣對熒光發(fā)射通常是沒有影響的,，而磷光卻易被氧氣猝滅，因此將一個具有熒光/磷光雙發(fā)射的物質(zhì)置于不同濃度的氧氣環(huán)境中,，我們發(fā)現(xiàn)其熒光強度固定不變,，而磷光強度則會隨氧氣濃度的增加而減弱。
 

根據(jù)這一原理便可以制得一個較為精確的比率式氧氣濃度檢測器,，如果此類檢測器所使用的物質(zhì)可以用于生物體,，則還可以進一步用于生物細(xì)胞內(nèi)的氧氣檢測。
 

編輯說：

有人說“新材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)現(xiàn),、利用和產(chǎn)業(yè)化,，是材料科學(xué)技術(shù)的革命，是社會的巨大財富”,，本文所談到的磷光材料研究技術(shù)亦如此,。在這里，我們要為科研人員們加加油,，希望他們不懈努力,，不斷改進已有的制備技術(shù)或發(fā)明新的技術(shù)，研制出更多高性能或新性能的材料,，讓我們的生活始終充滿“夜明珠”般璀璨的魅力,。

 

文章作者

論文原文
 

本綜述論文由華東理工大學(xué)博士生張婷在田禾院士和馬驤教授的指導(dǎo)下完成，并得到了新加坡南洋理工大學(xué)趙彥利教授,、吳宏偉博士后和復(fù)旦大學(xué)朱亮亮教授的幫助和支持,。

題目&雜志：Molecular engineering for metal-free amorphous room temperature phosphorescent materials. Angew. Chem. Int. Ed.

文章作者：張婷, 馬驤, 吳宏偉, 朱亮亮, 趙彥利, 田禾.

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