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長(zhǎng)余輝發(fā)光是指斷開光源后，仍能持續(xù)發(fā)光數(shù)秒或者小時(shí)以上的發(fā)光現(xiàn)象。它是一個(gè)“歷史悠久”的發(fā)光現(xiàn)象，如古代帝王夢(mèng)寐以求的夜明珠在漫漫黑夜仍能發(fā)出奪目的光芒。長(zhǎng)余輝發(fā)光材料被廣泛應(yīng)用于應(yīng)急照明、信息存儲(chǔ)、防偽、加密和生物成像等前沿科學(xué)領(lǐng)域。其中，有機(jī)長(zhǎng)余輝材料由于成本低廉、結(jié)構(gòu)易修飾等優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。在過(guò)去的十多年中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者報(bào)道了數(shù)個(gè)具有超長(zhǎng)發(fā)光時(shí)間的室溫有機(jī)長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，但是多數(shù)材料僅顯示一種長(zhǎng)余輝顏色，需利用發(fā)射波長(zhǎng)的強(qiáng)度變化進(jìn)行防偽、數(shù)據(jù)加密等實(shí)際應(yīng)用。近年來(lái)，新型的變色有機(jī)長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，因?yàn)榭梢蕴峁╊~外的加密模式而提高防偽的安全性，逐漸引起了實(shí)驗(yàn)學(xué)家的高度關(guān)注，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)和理論化學(xué)家仍然是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的課題，特別是單組分的室溫有機(jī)變色長(zhǎng)余輝材料。

圖1: 長(zhǎng)余輝顏色隨時(shí)間變化圖和QM(CASPT2)/MM計(jì)算得到的pCBP和mCBP晶體的發(fā)光機(jī)理示意圖。

最近，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊清正教授、崔剛龍教授和方維海教授課題組合作報(bào)道了基于4,4'-雙(9H-咔唑-9-基)聯(lián)苯晶體(pCBP)的單組分室溫有機(jī)變色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。該有機(jī)晶體在激發(fā)源被移去后的一段時(shí)間內(nèi)，其長(zhǎng)余輝顏色隨時(shí)間呈現(xiàn)出從藍(lán)色到橙色的變化。實(shí)驗(yàn)研究表明該奇特的發(fā)光特性是由衰減速率不同的藍(lán)光和橙光兩個(gè)發(fā)射峰造成的。發(fā)射光譜分析及高精度理論計(jì)算表明，藍(lán)光和橙光發(fā)射峰分別來(lái)自于長(zhǎng)壽命的熱激活延遲熒光（TADF）和室溫磷光（RTP）。超長(zhǎng)TADF是由S₁與T₁間較小的能量差以及從T₁到S₁緩慢的反向系間竄躍效率引起的。此外，pCBP晶體的TADF和RTP的發(fā)光波長(zhǎng)顯著不同，波峰位于430 nm和560 nm。計(jì)算結(jié)果表明雙發(fā)射波長(zhǎng)的較大能差主要來(lái)自于S₁和T₁極小結(jié)構(gòu)處S₀能量的較大差異(見圖1)。

論文的第一作者和共同第一作者分別為北京師范大學(xué)博士生王建新和方業(yè)廣。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力資助。相關(guān)論文信息：Jian-Xin Wang, Ye-Guang Fang, Chun-Xiang Li, Li-Ya Niu, Wei-Hai Fang, Ganglong Cui, and Qing-Zheng Yang. “Time-Dependent Afterglow Color in a Single-Component Organic Molecular Crystal.” Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202001141.