分子篩限域碳點實現超長壽命熱活化延遲熒光

劉忠范

熱活化延遲熒光(TADF)材料由于其較小的單重態-三重態能級差(ΔEST)，三重態可通過反系間竄躍轉向單重態而發出延遲熒光，從而獲得潛在的高熒光量子效率。這類材料獨特的發光性能使其在光電器件、生物成像、傳感等應用方面展現出優勢1,2。但目前報道的TADF材料主要集中于純有機材料和有機金屬絡合物，其延遲熒光壽命通常處于微秒到若干毫秒的范圍。同時，此類材料的延遲熒光易被環境中的氧氣淬滅，也限制了其應用領域。

最近吉林大學于吉紅教授課題組提出了“量子點于分子篩中(dots-in-zeolites)”的合成策略，成功開發出一類全新的在室溫空氣環境下具有超長延遲熒光壽命的 TADF材料，相關結果發表在Science Advances上3。她們通過一步水熱/溶劑熱的合成方法，可以原位地將碳點限域在分子篩基質中；通過調變不同的溶劑和有機胺物種，制備出一系列碳點@分子篩復合發光材料，該類材料具有碳點典型的激發波長依賴的發光行為。

在室溫空氣條件下，該類碳點@分子篩復合材料在紫外激發停止后可以展現出肉眼可見的延遲熒光發光現象，其熒光量子效率高達 52.14%，延遲熒光壽命長達350 ms。該材料在環境溫度升高的過程中，其長壽命組分相應增加，表明熱能可以活化材料的延遲熒光發光性能，從而證明其發光過程為 TADF發光。研究人員發現，分子篩的納米空間限域作用對這類復合材料獨特的 TADF發光現象起到關鍵作用。分子篩基質可以限制碳點表面官能基團的振轉，有效地避免三重態以非輻射過程淬滅，穩定了三重態；材料具有較小的ΔEST，使電子在室溫熱能活化下即可實現從三重態到單重態的反系間竄躍，從而導致了 TADF發光現象。同時，分子篩基質也有效地保護了三重態免受氧氣的淬滅，使得材料在空氣環境下即可顯示出超長的延遲熒光現象。

“量子點于分子篩中”的合成策略簡便、普適，對豐富TADF材料的種類、拓寬TADF材料應用領域提供了一種全新的思路。該合成理念也同樣適用于其他類型的納米熒光材料和主體基質材料，為新型光電材料、生物成像材料的開發帶來了全新的啟示。

(1) Uoyama, H.; Goushi, K.; Shizu, K.; Nomura, H.; Adachi, C. Nature 2012, 492, 234. doi: 10.1038/nature11687

(2) Tao, Y.; Yuan, K.; Chen, T.; Xu, P.; Li, H.; Chen, R.; Zheng, C.; Zhang,L.; Huang, W. Adv. Mater. 2014, 26, 7931.doi: 10.1002/adma.201402532

(3) Liu, J.; Wang, N.; Yu, Y.; Yan, Y.; Zhang, H.; Li, J.; Yu, J. Sci. Adv.2017, 3, e1603171. doi: 10.1126/sciadv.1603171