【學術成果】學院在有機發光材料領域取得重要研究進展（圖文）

近日，2003网站太阳集团AIE研究中心報道了一類新型高效的深藍光固态材料-螺功能化二苯基乙烯衍生物，研究發現該類材料的發光性能與其分子物态緊密相關，且與光激活環化反應過程存在明顯的負相關聯系。相關研究成果以“Spiro-Functionalized Diphenylethenes: Suppression of a Reversible Photocyclization Contributes to the Aggregation-Induced Emission Effect”為題發表于化學和材料領域頂尖期刊《Journal of the American Chemical Society》(影響因子14.357)。

圖1.二苯乙烯基元的光物理化學活性（A）；該文報道的螺功能化二苯乙烯基分子（B）

聚集誘導發光分子（aggregation-induced emission luminogen, AIEgen）通常在溶解态發光弱或不發光，但在凝聚态表現出高效的發光能力，克服了傳統熒光染料常見的固态淬滅現象，在光電器件、化學分析、生物成像等領域展示出了重要的應用潛能。為研發高性能的光學新材料，需要理解其物态響應的發光機制。例如，以二苯乙烯基元為基本結構的一大類AIEgens，在固态下，可通過分子内運動、光異構化和光環化等多條非輻射通道的抑制與失活，表現為聚集态發光增強（圖1A）。其中，有理論計算表明光環化調控的光化學衰減方式應是該類分子在溶液态下激發态失活的主要途徑之一。然而，由于可逆且快速的光化學反應過程，該非輻射衰減方式的存在和對AIE效應的貢獻仍缺乏實驗證據。此外，如何通過分子結構設計調控發光波長和效率，進而發展高效深藍光光電材料仍然面臨挑戰。

在此文中，研究人員引入螺結構骨架來調制二苯基乙烯基元的激發态電子結構。其光化學反應可認為是一種激發态下的雙自由基閉環與開環過程，而螺超共轭單元可調控發光分子的激發态自由基環化衰減，從而發展了一類高效的藍光材料（圖1B，SIP）。該材料在稀溶液狀态下具有較弱的熒光量子效率（FF<9%），可觀察到基于可逆環化的光緻變色過程（圖2A）。然而，在聚集态下（如薄膜/粉末，圖2B），SIP材料表現出強的熒光發射（FF高達99.8%），同時光緻變色能力散失。SIP呈現分子物态依賴的光緻變色和發光性質。作者研究了不同聚集态分子材料過程中的光緻變色和聚集發光的關系：發現随着聚集程度增大，光環化途徑和熒光發光在聚集過程中呈現相反的趨勢，抑制光環化通道對于提升發光效力有積極且突出的作用。值得一提的是，不隻是固态發光材料，通過分子結構設計調控光環化活性，也可以獲得發光性能優異的溶液态發光材料。本文中揭示的這一類有趣分子及其結構-發光性能之間的構效關系和認識模型，為後續構建智能高效的發光材料提供了新視角和思路。

圖2.SIP-2在溶解和聚集态下的聚集誘導發光、光環化和氧化過程（A）；粉末态下光緻變色行為被抑制（B）；SIP-2在不同聚集态下的光緻變色能力（黃色）和熒光發光能力（藍色）變化（C 和D）

2003网站太阳集团曾澤兵教授和香港科技大學唐本忠院士（我校客座教授、2003网站太阳集团AIE研究中心首席顧問）為該文的通訊作者，2003网站太阳集团博士研究生周志彪和香港科技大學謝勝博士為第一作者。該研究工作獲得了國家自然科學基金、湖南省自然科學基金傑出青年基金、2003网站太阳集团AIE研究中心建設計劃及2003网站太阳集团高層次人才引進計劃等相關項目的支持。

原文鍊接如下：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b04426