通过结构工程发展多相高发光效率的有机发光材料

来源：X一MOL资讯

大多数有机发光材料只能在单一相进行高效率发光，比如要么在溶液相，要么在固相或聚集态等。虽然也有一些分子都能在溶液和固体状态同时发光，但多数情况是在一个相中的发光会大大弱于在另一个中。要获得能在多相高发光效率的分子依然具有很大的挑战性。

对此，复旦大学的朱亮亮课题组和南洋理工大学的赵彦利课题组合作提出了一种联合平面和扭曲结构，同时使用烷基链辅助调控分子发光的策略，成功获得了能够在多种状态下进行高效发光的分子体系。平面的结构使用芳丁二炔结构，扭曲的结构使用氰基二苯乙烯结构。在稀溶液中，芳丁二炔结构可以使分子保持很好的平面性。通过模拟计算他们发现，虽然常识上氰基二苯乙烯结构在溶液态应该具有扭曲的构象，但由于烷氧基苯和氰基之间的局部电荷传输效应，可以在激发态松弛扭曲的氰基二苯乙烯结构，使其具有更好的平面性（扭曲角从基态的25度变成激发态的4度）。另外，柔性的烷基链在溶液状态对分子的平面结构影响较小。所以，整体的平面结构使分子在溶液态减少了分子振动和转动带来的非辐射跃迁，从而高效发光，其中化合物1的量子产率高达98.2%（如下图）。而在非晶相的聚集态，由于分子松驰的堆叠，化合物1的最高量子产率只有40.2%，但其依然高于许多报道的化合物。在固体粉末状态时，作者通过XRD研究发现：（1）扭曲的氰基二苯乙烯结构可以诱导分子形成强的分子间作用力，从而保护激子；（2）长的烷基链可以阻碍分子形成强的π-π作用去淬灭发光。如此联合的结构效应导致了分子的明亮的固体荧光，量子产率高达60.7%。 

最后，作者也利用这种多相发光材料进行了生物成像研究。通常对于许多单一状态发光的分子需要许多预处理去实现细胞成像，比如使其刻意保持在稀释状态或者强的晶体状态，这样的发光性质就容易由于探针浓度的波动导致信号读取不准确。而该体系的分子可以和表面活性剂F127在不同的组装浓度下保持明亮的成像能力，克服传统上的浓度因素造成的强度误差，因而在成像方面展示了更好的应用潜力。

相关工作发表在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed. 杂志上，通讯作者为复旦大学的朱亮亮研究员和南洋理工大学的赵彦利教授。第一作者为南洋理工大学的博士后吴宏伟，曾在朱亮亮课题组联合培养两年。