刘健聪在《ACS Materials Letters》上发表论文

长余辉材料因其在光电、传感、生物成像等领域广阔的应用前景而备受关注。近年来，基于有机发光材料的长余辉材料逐渐受到人们的关注，廉价、绿色、合成简单、稳定性好、性能优异的新型长余辉发光材料成为了研究的焦点。目前报道的有机长余辉材料主要分为室温磷光材料和延迟荧光材料。磷光材料是基于三重激发态的发光，制备长寿命室温磷光材料的关键是通过增强系间窜越过程来有效活化三重态激子，同时抑制非辐射跃迁过程。近年来，基于反系间窜跃过程的热致延迟荧光材料成为了新的焦点，由于材料的单重态-三重态能级差（ΔE_ST）小，在环境热下，电子能够从T₁态经过反系间窜跃过程返回S₁态而发光，从而完成延迟荧光过程。不同的有机分子结构、构型对材料的能态起到至关重要的作用，发光能态的调控会影响材料的发光现象。

虽然两种材料的发光过程有所差别，但对三重激发态的高效利用是开发长寿命、高量子效率的有机室温磷光材料和延迟荧光材料的关键。近期，本课题组提出了“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余辉发光性能的碳点@分子筛复合材料（Sci. Adv.2017,3, e1603171；ACS Cent. Sci.2019,5, 349-356.）。分子筛的纳米空间限域作用可以有效地稳定碳点三重激发态，这为合成具有不同长余辉发光性能（室温磷光与热致延迟荧光）的碳点@分子筛复合材料提供了可能。然而，目前在特定体系下实现对室温磷光和热致延迟荧光材料的有效调控的研究还相对匮乏。

近日，刘健聪博士为第一作者在《ACS Materials Letters》杂志上发表题为“Template-Modulated Afterglow of Carbon Dots in Zeolite: Room Temperature Phosphorescence and Thermally Activated Delayed Fluorescence”的研究工作。该研究使用原位合成的方法，通过调变了不同的有机模板剂，开发了两种在室温空气环境下展现出不同室温磷光发光和热致延迟荧光长余辉发光行为的碳点@分子筛复合材料（统称为碳点@SBT）。以(4-(2-氨基乙基)吗啉为模板剂制备的CDs@SBT-1展现出寿命长达574 ms的室温磷光发光行为，而以4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺为模板剂的CDs@SBT-2展现出寿命长达153 ms的热致延迟荧光发光行为。研究发现，不同的有机模板剂改变了原位生成的碳点的结构与组成，进而影响其发光能态，原位合成的两种碳点@SBT复合材料具有不同的单重态-三重态能级差（ΔE_ST）（分别为0.36 eV及0.18 eV）。同时，利用分子筛基质材料对碳点有效的稳定作用，长寿命的三重激发态被很好的稳定，碳点的三重激发态得以很好的保护，电子在室温下因由不同的ΔE_ST而呈现不同的电子跃迁过程，ΔE_ST较大的CDs@SBT-1复合材料主要呈现三重态的磷光发光；ΔE_ST较小的CDs@SBT-2复合材料中电子在室温热能活化下可以实现反系间窜跃过程，复合材料展现出热致延迟荧光发光现象。由于分子筛和碳点合成体系的多样性和可调控性，本工作为大量新型的具有不同长余辉发光特性的碳点@分子筛材料的合成开创了新途径，我们相信未来将会发现更多具有新颖发光性能的碳点基材料，其在生物成像、传感等方面的创新应用也将进一步得以开拓。

ACS Materials Letters 2019, DOI: 10.1021/acsmaterialslett.9b00073.

第一作者：刘健聪（导师：于吉红院士；合作导师：李激扬教授）