image: (a) RTP emission of PSP@PVA-N (λex = 550 nm) (b) Structural transformation of BR, BPB, and TBPB in aqueous solution with differing pH values and their charge distribution in the ground state (S0). The certain color regions (orange, dark pink and blue) corresponded to the certain functional group of molecules. view more
Credit: �Science China Press
现有的近红外（NIR）有机染料绝大多数为荧光染料。因为具有NIR发射的有机染料的S1态和S0态之间能隙很小，NIR荧光染料被普遍认为具有超快非辐射内转换（Internal Conversion, IC）动力学过程以猝灭有机染料的NIR发射。因此，有机荧光NIR染料普遍量子产率较低。由于有机分子的T1态和S0态之间的IC过程是自旋禁阻的，因此具有室温磷光（RTP）发射的有机染料可以有效的规避由IC过程带来的超快非辐射弛豫过程。
近日，华东理工大学费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心（孙思宇博士生，马良伟博士生，汪洁博士，马骧教授以及田禾院士）在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表研究论文，结合能隙定律以及掺杂手段构建了一系列具有高效近红外有机RTP薄膜。并利用染料的刺激响应性构建了首个基于RTP的有机半减法器逻辑门。
通过改变发射红光荧光的有机分子的外部环境（抑制发光分子的非辐射弛豫过程）可以被假设是一种构建高效NIR发射的有效策略。其中，NIR RTP染料三重态的短寿命对于其NIR发射是有利的。因为NIR RTP染料较长的三重态寿命带来的其他非辐射弛豫过程会有效的抵消IC自旋禁阻所引起的有利因素，从而淬灭NIR辐射发射，这一优势可以有效地降低构建无金属NIR发射系统的门槛。含有重原子的有机RTP染料的RTP寿命一般都很短。因此，本研究选用具有红光发射的溴代酚磺酞染料来验证这一假设，选用PVA作为刚性化基质来控制溴代酚磺酞分子的非辐射弛豫过程。选用的溴代酚磺酞分子均表现出了良好的NIR RTP发射，且四溴酚蓝@PVA薄膜表现出了最佳的NIR RTP发射性能(ΦRTP = 3.0%, λp = 819 nm）。利用有机分子的T1态和S0态之间的自旋禁阻IC过程构建具有良好NIR发射效率的材料的假设被初步证明有效，这将为发展更多具有高效NIR发射的有机材料的发展提供思路。
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文章信息：
Red-light excited efficient metal-free near-infrared room-temperature phosphorescent films https://doi.org/10.1093/nsr/nwab085Journal
National Science Review