供稿：張婷

編輯：chen
 

磷光材料是一種應用廣泛、具前景的發光材料，我們所熟知的夜明珠就是一種磷光材料。雖然與熒光同屬于光致發冷光現象，但磷光的發光壽命遠長于熒光，且具有較大的斯托克斯位移，這些特點使得其成為發光材料領域的研究熱點。

雖具備種種優勢，但磷光的發光強度易受溫度和氧氣的影響，高溫及高濃度氧氣都會猝滅磷光。因此，能在室溫條件下就可以發出磷光的材料——室溫磷光材料的開發應用，就顯得為重要。

室溫磷光材料的基礎設計在近年來已經取得了很大的進展，但目前已報道的多數室溫磷光材料仍然不夠理想。一方面，這些材料大多含有重金屬，而重金屬通常價格較高且生物毒性較大；另一方面，大多數純有機室溫磷光材料是在晶態下發光，而晶體的培養過程相對復雜且重復性較差，不便于批量生產。因此，制備方法簡單、低成本、發光性能穩定的無定形態純有機室溫磷光材料就成為目前亟待研究的重點。
 

令人高興的是，華東理工大學的田禾院士、馬驤教授團隊近年來一直致力于無定形態純有機室溫磷光材料的研究，對這一領域有著深刻的理解和認識，并且取得了一系列突破性進展。近期該團隊受邀撰寫了關于室溫磷光材料的綜述，并發表于Angew. Chem. Int. Ed. 該綜述主要從無定形態純有機室溫磷光材料的設計思路入手，總結評述了近年來該領域的一些代表性研究成果和熱門應用。

發光機理

 

實現高量產的重要途徑

減弱發光分子的非輻射失活
 

為了得到高磷光量產的材料，減弱磷光發射的競爭過程便是一個很有效的途徑，即減弱發光分子的非輻射失活過程。
 

為了達到這一目的，近年來各大院校的研究團隊們開發出一系列策略，包括：將發光分子套入具有保護作用的主體大環分子內、與聚合物相互摻雜或是直接共價連接、利用氫鍵等作用力將發光分子聚集在一起等等。
 

這些策略都可以有效減弱發光分子的振動，并且保護發光分子不受外界猝滅因素的影響，從而實現室溫磷光的發射。

夜光標志（來源：baidu）

多種思路突破難題

室溫磷光材料設計的科研成果
 

基于上述思路，我們來看看近年來學界也都取得哪些突破性的研究成果。
 

早在2016年，田院士和馬教授課題組，就曾報道了一種制備純有機室溫磷光發射聚合物材料的簡便方法，該團隊采用的是共聚的思路，具體做法為：將磷光團與丙烯酰胺共聚，從而得到剛性無定形態聚合物。這種聚合物可以有效抑制發光分子的非輻射躍遷，從而可以實現高效室溫磷光的發射。此方法適用于各種不同的磷光團，目前已基本實現了從近紅外區到紫色可見光范圍內的全光譜發射。

據課題組介紹，在這一系列實驗中，大量的發射光譜、激發光譜、量子產率等表征工作均使用HORIBA FluoroMax-4熒光光譜儀完成，該儀器可以同時測出發光材料的熒光及磷光發射光譜，并能夠直接用CIE色坐標來表征材料的發光顏色。積分球附件也可以很方便地測出溶液態及固態材料的量子產率。
 

2018年，新加坡南洋理工大學趙彥利教授課題組采用的則是另一種思路，趙教授團隊將磷光分子與聚合物摻雜來進行研究。具體做法是：將一個外圍修飾有六個苯甲酸的磷光團，與無定形態的聚乙烯醇進行簡單的摻雜，體系中豐富的氫鍵作用可以有效減弱分子振動造成的能量損失，減少磷光信號的猝滅。此外，紫外燈照射可以使聚乙烯醇內部形成共價鍵，進一步減弱了發光體的非輻射躍遷，從而實現了長壽命、高量產的室溫磷光發射。
 

綜上，我們可以看到，對于無定形態純有機室溫磷光材料的設計，科研人員們一直在開展研究并且已經取得不少成果。

不同顏色發光材料（來源：baidu）

廣闊前景未來可期

室溫磷光材料的熱門應用

上文我們已經介紹了室溫磷光的一些科研發展，這些發展也使得室溫磷光材料在防偽、生物成像、探針等領域表現出廣泛的應用價值，下面我們就一起看看都有哪些具體的應用場景~
 

1. 防偽

防偽墨水（圖片來源：baidu）

大多數磷光材料在普通日光下沒有任何發光現象，只有在紫外燈照射下才可以發出肉眼可見的光，且有一些材料的磷光壽命長，在關掉紫外燈后還可以有肉眼可見的余輝。因此，將室溫磷光材料制成墨水，便可以實現文字或圖案內容的加密和防偽。
 

若將長壽命的室溫磷光材料和短壽命的熒光材料結合在一起制成墨水，還可以使得加密內容在紫外光照射前、照射時、照射后分別呈現出不同的狀態，進一步提升了防偽技術水平。
 

2. 檢測氧氣濃度

室溫磷光材料也是一種可用于檢測氧氣含量的探針。我們知道氧氣對熒光發射通常是沒有影響的，而磷光卻易被氧氣猝滅，因此將一個具有熒光/磷光雙發射的物質置于不同濃度的氧氣環境中，我們發現其熒光強度固定不變，而磷光強度則會隨氧氣濃度的增加而減弱。
 

根據這一原理便可以制得一個較為精確的比率式氧氣濃度檢測器，如果此類檢測器所使用的物質可以用于生物體，則還可以進一步用于生物細胞內的氧氣檢測。
 

編輯說：

有人說“新材料科學技術的發現、利用和產業化，是材料科學技術的革命，是社會的巨大財富”，本文所談到的磷光材料研究技術亦如此。在這里，我們要為科研人員們加加油，希望他們不懈努力，不斷改進已有的制備技術或發明新的技術，研制出更多高性能或新性能的材料，讓我們的生活始終充滿“夜明珠”般璀璨的魅力。

 

文章作者

論文原文
 

本綜述論文由華東理工大學博士生張婷在田禾院士和馬驤教授的指導下完成，并得到了新加坡南洋理工大學趙彥利教授、吳宏偉博士后和復旦大學朱亮亮教授的幫助和支持。

題目&雜志：Molecular engineering for metal-free amorphous room temperature phosphorescent materials. Angew. Chem. Int. Ed.

文章作者：張婷, 馬驤, 吳宏偉, 朱亮亮, 趙彥利, 田禾.

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