华东理工大学马骧教授研究团队Industrial Chemistry & Materials：有机室温磷光材料的应用研究进展

第一作者：季梦醒

通讯作者：马骧*

单位：华东理工大学

有机室温磷光材料(room-temperature phosphorescence, RTP)作为一种光电功能材料，因其具有寿命长、斯托克斯位移大、刺激响应性等优异特性而受到广泛关注，并在诸多领域显示出广阔的应用前景。然而有机磷光体激发态的能量很容易通过热辐射和碰撞失活而消耗，因此许多科研工作者提出了晶体工程、超分子自组装等多种设计策略改善RTP材料的发光特性，获得了具有不同性能的纯有机室温磷光材料，并在有机发光二极管、防伪和生物成像等多个领域产生巨大的应用价值。

近日， 华东理工大学马骧教授研究团队 在期刊 Industrial Chemistry & Materials 上发表题为 “Recent progress with the application of organic room-temperature phosphorescent materials” 的综述文章。系统地总结了由不同策略构建的纯有机室温磷光材料在发光与显示、环境监测、生物成像三个方向的丰富应用，分别包括有机发光二极管、防伪与加密、指纹识别、打印，温度、氧气、有机小分子检测以及超分子体系和小分子体系的细胞和活体成像。并基于这些工作总结了不同应用对有机室温磷光材料的需求，以期能为RTP材料未来的应用研究带来启示。

有机发光二极管(organic light-emitting diodes, OLEDs)近年来在显示屏幕上表现出优异的性能，而荧光材料中只有25%的单线态激子可以用于发光，因此，收集单线态激子和三线态激子以达到100%的理论内量子效率使得磷光材料极具吸引力，国内外相关科研工作者利用不同策略设计了许多具有高外量子效率的基于室温磷光的有机发光二极管，远远突破了传统荧光体5%的理论限制。

由于室温磷光材料的紫外光照射和寿命不同特性，基于该材料的防伪或数据加密成为一种普遍且流行的应用，除了基于紫外光开关的简单防伪和数据加密外，RTP材料不同的寿命为利用时间分辨技术实现多重防伪或数据加密提供了可行的途径，同时具有化学响应特性的室温磷光也是实现多重防伪的可行手段。

RTP材料除了在OLEDs、防伪、数据加密等方面的应用外，其独特的发光性能也使其在打印和显示潜在指纹这两个罕见而有意义的应用上得到了研究。

众所周知，影响RTP材料发光性能的因素很多，如氧气、温度等，因此基于RTP的化学传感器也是一个必不可少的研究方向，可以在环境检测中产生实际应用。基态氧的自旋三重态特性使O ₂ 容易猝灭RTP材料的三线态激子，这也使RTP材料成为检测O ₂ 的理想候选材料，通常可以利用降低的磷光强度和寿命来实现氧的定量检测。温度也是影响RTP发射的重要外部环境因素，温度升高可以增强RTP的非辐射跃迁，因此相应的温度传感RTP材料也得到了研制。除此之外，有机小分子对RTP发射的猝灭效应也使得基于RTP材料的化学传感器成为可能。

光学成像在生物医学和临床研究中发挥着重要作用，与荧光相比，有机室温磷光具有更长的波长和寿命，有利于消除荧光背景干扰和散射光，获得更高的信噪比。尽管RTP材料在生物成像方面具有诸多优势，但水溶液中的非辐射衰变和猝灭剂严重阻碍了其实际应用，科研工作者们创新性地提出超分子自组装策略以及自上而下的纳米颗粒配方实现了能够在水溶液中稳定存在的室温磷光。基于此，研究者们不仅成功构建出分辨率高、穿透深的近红外磷光发射材料，还实现了长波长磷光材料的可见光或多光子激发，有效地避免了紫外光对生物体的损伤，展现了有机室温磷光材料在生物成像领域巨大的潜在应用价值。

由不同策略构建的有机室温磷光材料由于不同的发光性能而广泛应用于各个领域，本文主要综述了近年来表现出不同性能的有机RTP材料的应用研究进展，虽然纯有机RTP材料在不通领域的应用都取得了很大的进展，但制造出更优秀的应用型RTP材料仍有着巨大的研究空间。比如为了获得高效的有机发光二极管，磷光材料需要满足高量子产率和短寿命的特点，而防伪和加密应用的RTP材料往往需要丰富的发光颜色和紫外激发特性，在生物成像中的应用则要求磷光材料具有更长的波长和更长的寿命，以消除荧光背景干扰，获得更高的信噪比。此外，虽然通过增强ISC过程和抑制非辐射失活来调控RTP材料的发光行为的策略多种多样，但某些体系的具体发光机制尚不明确，有机RTP材料的深入开发不仅可以提高其应用价值，而且对光化学机理的发展也具有重要意义。因此，虽然对RTP发光机理进行深入研究具有挑战性，但对RTP材料的进一步探索将有助于深入理解光致发光，促进光电功能材料在我们生活中的实际应用。

Recent progress with the application of organic room-temperature phosphorescent materials

马骧 教授简介：华东理工大学化学与分子工程学院教授，国家杰青，英国皇家化学会Fellow（FRSC）。主要研究方向为有机光电材料和基于染料的超分子，近年来已经在Sci. Adv.、Natl. Sci. Rev.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、CCS Chem.、Chem. Sci.、Adv. Funct. Mater.和Adv. Optical Mater.等国际主流学术期刊上发表论文150余篇，h指数为46，总被引7000余次。入选“ESI高被引论文” 10篇，“ESI热点论文” 1篇，申请发明专利10余项，入选2021年全球前2%顶尖科学家榜单。主编出版译著2部，英文专著3个章节，合编教材1部。近年来已主持完成或正在承担国家自然科学基金委杰青、国际合作重点、优青和面上项目等多项国家级科研项目，以及上海市教委科研创新计划项目、“曙光计划”和“浦江计划”等多项省部级科研项目。现担任Dyes Pigm.期刊的执行主编，英国染色家学会 (SDC) 染料索引 (Colour Index) 编委和Industrial Chemistry & Materials期刊编委。

季梦醒 ，2022年获华东理工大学学士学位，现在华东理工大学攻读博士学位，导师是马骧教授。她的主要研究方向是纯有机室温磷光材料。

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