背景介绍

有机室温磷光材料具有三线态寿命长、允许激子长距离迁移、避免生物体背景荧光干扰等优点，在光电、防伪、生化等领域具有广阔的应用前景而受到了人们的广泛关注。但是有机化合物通常受限于大的非辐射速率常数和小的自旋轨道耦合，以及三重态对温度和氧气的高敏感性使得高效纯有机室温磷光材料的开发极具挑战，特别是通过精准的分子结构调控构建高效纯有机室温磷光材料仍为该领域研究的一大难点。

论文详情

基于以上背景，香港中文大学（深圳）唐本忠院士、内蒙古大学王建国教授、南京工业大学马会利副教授提出了一种调控分子内氢键和推拉电子效应构建高效超长纯有机室温磷光材料的分子设计策略。随着分子内氢键和推拉电子效应的增强，分子结构逐步趋于平面，且分子间 D-A 相互作用、n-π 电子耦合作用和 J聚集体逐步形成，使得材料的磷光量子产率显著提高。理论计算结果发现，含有双重分子内氢键和最强推拉电子效应的 CzPM 和 CzPMBr 存在显著的高能级系间窜越（S_m→T_n，m>1，n>1），这贡献了它们在同系列中最高的磷光量子产率。利用材料优异的室温磷光性质，它们被成功应用在字画的防伪中。

该成果以" Modulation of the intramolecular hydrogen bonding and push–pull electron effects toward realizing highly efficient organic room temperature phosphorescence"为题发表在 Journal of Materials Chemistry C 的 Emerging Investigators 专刊上，并入选为期刊热点文章（HOT Papers）。内蒙古大学姜国玉副教授、香港中文大学（深圳）李琦瑶博士、南京工业大学吕安琪为本文第一作者，香港中文大学（深圳）唐本忠院士、内蒙古大学王建国教授、南京工业大学马会利副教授为本文通讯作者。

研究亮点

亮点一：提出分子内氢键和推拉电子效应调控策略增强超长纯有机室温磷光材料的磷光量子效率；

亮点二：发现高能系间窜越（S_m→T_n，m>1，n>1）在平面型有机室温磷光材料中具有重要的作用。

图文解析

▲	图 1.（A）CzPh、CzPy、CzPM、CzPhBr、CzPyBr 和 CzPMBr 的化学结构式及其在晶态时的磷光性质；（B） CzPh、CzPy、CzPM、CzPhBr、CzPyBr 和 CzPMBr 在晶态时 365 nm 紫外灯开启和关闭时的发光照片；（C） CzPh、CzPy 和 CzPM 的即时和延迟（延迟 50 ms）发光光谱；（D） CzPh、CzPy 和 CzPM 的即时和延迟（延迟 50 ms）发光光谱；（E） CzPh、CzPy 和 CzPM 的磷光寿命光谱；（F） CzPh、CzPy 和 CzPM 的磷光寿命光谱。

▲	图 2.（A）六种化合物的单晶结构、二面角及其分子内氢键距离；（B）六种化合物的分子间堆积、C–H···π 和 π-π 相互作用距离。

▲	图 3.（A）基于 TD-DFT 方法，计算的CzPMBr 分子的能级、旋轨耦合常数及可能的跃迁通道；（B）高能态之间的系间窜越通道示意图。

▲	图 4. 字画在 365 nm 紫外灯开启（左）和关闭（右）时的发光照片。

论文信息

Modulation of the intramolecular hydrogen bonding and push-pull electron effects toward realizing highly efficient organic room temperature phosphorescence
Guoyu Jiang, Qiyao Li, Anqi Lv, Lingxiu Liu, Jianye Gong, Huili Ma,*（
马会利
，南京工业大学），Jianguo Wang,* （
王建国
，内蒙古大学）and Ben Zhong Tang*（
唐本忠
，香港中文大学）

J. Mater. Chem. C.
, 2022

http://doi.org/
10.1039/D2TC01093C

第一作者

姜国玉副教授

内蒙古大学

姜国玉，理学博士，副教授，硕士生导师。入选内蒙古自治区第十批“草原英才”，江西省杰出青年基金获得者。2007 年毕业于北京师范大学，获学士学位；2012 年毕业于中国科学院理化技术研究所，获博士学位。2012-2014 年就职于中国科学院理化技术研究所，任助理研究员；2014-2019 年就职于赣南师范大学，任副教授，硕士生导师；2019 年，以学术骨干加入内蒙古大学，任副教授，硕士生导师。主要从事有机光电功能材料研究工作（包括近红外荧光材料的设计合成、光动力抗菌/抗癌研究等）。主持国家自然科学基金（3 项）、江西省自然科学基金等各类项目 13 项。近五年，在国内外学术期刊上发表SCI论文40余篇，一作和通讯作者论文 28 篇，包括 ACS Nano、Chem. Commun.、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.等。获授权发明专利 9 项。参与编写《Handbook of Aggregation-Induced Emission》（Wiley Press）英文专著第 11 章。

李琦瑶博士

香港中文大学（深圳）

李琦瑶，博士，香港中文大学（深圳）博士后。2021 年 8 月毕业于香港科技大学化学专业，获博士学位，师从唐本忠院士；同年 9 月，加入香港中文大学（深圳）理工学校唐本忠院士课题组分子聚集体科学实验室开展博士后研究工作，主要从事新型多功能聚集诱导发光材料的设计与应用；近三年，在 Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Chem. Sci. 等国际高质量期刊发表论文 4 篇；授权国际专利 1 项。

吕安琪博士

南京工业大学

吕安琪，2017 年毕业于牡丹江师范学院，获学士学位；目前就读于南京工业大学，攻读博士学位，导师为马会利副教授和安众福教授。主要从事有机磷光材料的模拟计算工作。主持江苏省科研创新项目（1 项）。近五年，在 Nat. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等高水平学术期刊上发表 SCI 论文 20 余篇，一作和共同一作论文4 篇。

通讯作者简介

马会利副教授

南京工业大学

马会利，理学博士，副教授，硕士生导师。2014 年毕业于中国科学技术大学，获博士学位。2014-2017 年于清华大学从事博士后研究。2018 年至今，就职于南京工业大学，任副教授，硕士生导师；主要从事有机磷光材料的理论与计算化学研究。主持国家自然科学基金 2 项（面上和青年）、江苏省基金 2 项（“双创博士”高层次人才和高等学校自然科学研究面上）。近五年，共发表 SCI 论文 80 余篇，其中第一作者和通讯作者论文 30 余篇，包括 Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater. 等，H 因子 35。

王建国教授

内蒙古大学

王建国，理学博士，教授，博士生导师。入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者、内蒙古自治区杰出青年、内蒙古自治区第十批“草原英才”、江西省科技创新杰出青年、赣州市科技创新杰出青年、内蒙古大学“骏马计划”、内蒙古大学青年科技人才培育计划等人才计划。2014 年毕业于中国科学院化学研究所，获博士学位。2014-2019 年就职于赣南师范大学，任讲师/副教授，硕士生导师；2019 年，以“骏马计划”加入内蒙古大学，任研究员/教授，博士生导师。主要从事有机光电功能材料研究（包括近红外荧光材料的设计合成、光动力抗菌/抗癌研究等）。主持国家自然科学基金面上、青年、地区等各类项目 18 项。近五年，在国内外学术期刊上以一作和通讯作者发表 SCI 论文 40 余篇，包括 Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等，获授权发明专利 14 项。现为 Frontiers in Chemistry 的客座编辑、《发光学报》青年编委、《集成技术》编委、中国化学学会会员、中国生物学会会员。

唐本忠教授

香港中文大学（深圳）

唐本忠，香港中文大学（深圳）理工学院院长，校长讲座教授。中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、国际生物材料科学与工程学会联合会“生物材料科学与工程Fellow”、英国皇家化学会会士、国家自然科学基金基础科学中心项目负责人，曾任广东省引进创新科研团队带头人、973 计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目负责人。现任中国化学会常务理事、华南理工大学和德国威利出版社（Wiley）联合期刊 Aggregate 主编、《中国科学：化学》副主编、《化学进展》副主编、Adv. Polym. Sci.（Springer）编辑等。在国内外顶尖杂志上发表论文 1600 余篇，他引十三万余次，h 指数为 167。曾先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017），何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第 27 届夸瑞兹密国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。

2-年影响因子*	7.393分
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分子内氢键和推拉电子效应调控构建高效超长纯有机室温磷光材料