有机电荷转移复合物的荧光调控及其异质结构的构建

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有机电荷转移复合物具有易于调节的电荷转移相互作用和独特的电子性质,是一类理想的荧光材料,近年来在光电领域受到了人们的广泛关注。然而,它们的荧光性质尤其是发光颜色往往是不可预测的,如何通过自下而上的方法来定制荧光颜色甚至是白光仍然是化学家和材料学家们面临的巨大挑战。本文基于一系列有机电荷转移复合物利用四种渐进的策略来实现可定制的彩虹色和白色荧光发射。首先,从分子角度出发,通过调整给体能级,选择不同的小分子电子给体,以1,2,4,5-四氰基苯为电子受体,制备得到了8种电荷转移复合物,晶体荧光颜色从蓝紫色到红色,覆盖彩虹的每一种颜色。此外,还首次观察到了8种电荷转移复合物在溶液中实现了彩虹色荧光,为电荷转移发光提供了新层次的理解。其中新设计的9-硒代芴-1,2,4,5-四氰基苯晶体具有强的绿色荧光,量子产率42.0%,超长寿命1.21μs。其次,从堆积角度出发,对于组成和化学计量比相同的电荷转移复合物晶体,通过调节分子堆积模式,实现了荧光性质的微调。选择了分别发射红、绿、蓝色荧光的电荷转移复合物来研究不同堆积对荧光性质的影响,得到了它们的砖状以及鱼骨状堆积的单晶,比较了两种堆积模式晶体的荧光性质,鱼骨状堆积晶体与砖状堆积晶体的荧光寿命、量子产率、荧光各向异性均有微小改变,其中相比砖状堆积晶体,最大发光波长有规律地红移小于10 nm。进一步,从掺杂角度出发,通过掺杂不同荧光的电荷转移复合物制备电荷转移固溶体,实现了复合光发射,即典型的白色荧光。利用电荷转移固溶体在单晶和溶液状态中均实现了纯的白色荧光发射(CIE坐标0.328,0.347),并成功地制备了白光发光二极管,为电荷转移固溶体的应用提供了一个范例。最后,从异质结构角度出发,通过构造ABC/ABCD型三嵌段/四嵌段异质结构,在同一单晶中创造性地实现了彩虹色荧光发射。该单晶异质结构与传统ABA型异质结构相比,可以携带和传输更多的信息,进一步用于多级发光编码甚至光逻辑门等应用,在防伪领域展示出了巨大的潜力。本文基于一系列有机电荷转移复合物及其异质结构从四种不同层次的策略出发实现了荧光定制及调控,从分子水平到异质结构水平,能够启发和指导创造更多先进的荧光有机材料,满足人们不同的荧光需求,且可应用于不同的场景。
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