分子筛限域碳点：能量传递调控热致延迟荧光

 近年来，热致延迟荧光（TADF）材料因其可以通过反系间窜越过程有效利用三重态激子,使得内量子效率在理论上可以达到100%，在光电器件、光学传感、防伪等方面具有广阔的应用前景。但目前报道的TADF材料主要为有机材料和有机金属络合物，这类材料的三重激发态容易被氧气淬灭，使其应用受限。因此，开发新型空气条件下具有超长延迟荧光寿命的TADF材料对丰富TADF材料的种类、拓宽材料应用领域具有重要意义。

 在此背景下，我们课题组提出了“量子点于分子筛中（dots-in-zeolites）”的合成策略，通过水热/溶剂热合成方法，将碳点原位限域在分子筛基质中，成功开发出一类全新的具有超长延迟荧光寿命的TADF材料（Sci. Adv., 2017, 3, e1603171），在室温空气条件下即可展现出高达52.14%的荧光量子效率和长达350 ms的延迟荧光寿命。

 在此基础上，为了进一步调控TADF材料的发光颜色，本工作通过向合成体系中引入两种碳点前驱体，利用一步水热法制备了具有蓝色和绿色荧光发射的碳点，并将它们原位限域在分子筛晶体中，形成碳点@分子筛复合材料（图1）。通过改变其中一种碳点前驱体的掺杂比例，调控其形成碳点的聚集碳化程度，可将碳点@分子筛复合材料的TADF发光颜色从蓝紫色调变到青色、浅绿色和橄榄绿。 

图1.碳点@分子筛复合材料的水热合成过程示意图。图片来源：Mater. Chem. Front.

 应用该方法制备的碳点@分子筛复合材料在室温空气条件下即可展现出最高荧光量子效率为42%，延迟荧光寿命860 ms的热活化延迟荧光。光谱研究发现，蓝色碳点的荧光发射与绿色碳点的吸收相重合，且两种碳点共存于分子筛纳米空间内使得它们之间发生了Dexter’s能量传递。改变绿色碳点的聚集碳化程度，使得蓝色碳点到绿色碳点之间的能量传递效率发生变化，从而调控复合材料的TADF的颜色和寿命。这类材料在防伪方面展示了潜在的应用（图2）。本工作中发现的碳点与碳点之间的能量传递作用与我们之前报道的碳点与分子筛骨架杂原子的能量传递作用（ACS Cent. Sci. 2019, 5, 349−356；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1 – 7）不同，为设计研发具有可调控性能的TADF材料提供了一种全新的思路。

图2. (a)碳点@分子筛复合材料的能量传递TADF发光机制示意图；(b)碳点@分子筛复合材料的防伪应用示例。图片来源：Mater. Chem. Front.

    该研究成果发表于Materials Chemistry Frontiers上，吉林大学在读博士研究生张洪月为第一作者，李激扬教授和于吉红教授为共同通讯作者。

    该项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和“111”计划的支持。

    该论文作者为：Hongyue Zhang, Jiancong Liu, Bolun Wang, Kaikai Liu, Guangrui Chen, Xiaowei Yu, Jiyang Li and Jihong Yu

    原文：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/QM/C9QM00549H#!divAbstract

    Zeolite-confined carbon dots: tuning thermally activated delayed fluorescence emission via energy transfer

    DOI:10.1039/c9qm00549h