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邢国文老师课题组:四苯并环辛四烯通过乳糖功能化修饰与发色团孤立策略实现超长有机室温磷光
发布时间:2026-04-19     浏览次数:

室温磷光材料在信息加密、生物成像及光电器件等领域具有广阔的应用前景。然而,传统有机磷光材料通常依赖严苛的结晶条件实现发光,且从有序晶态向无序非晶态转变时磷光性能显著衰减,从而制约了其实际应用。针对这一问题,化学学院邢国文研究组将乳糖功能化修饰与发色团孤立策略结合,以非平面四苯并环辛四烯TeP)为磷光母核,实现了晶态到非晶态的高效超长室温磷光转化,进一步构建了多色及近红外(NIR)延迟发光体系,取得了重要的研究进展,主要如下:

乳糖功能化修饰激活室温磷光。以TeP为原料,通过Sonogashira偶联及点击化学,合成了四炔基修饰的TATP及四乳糖功能化修饰的TLTP。研究发现,TATP在室温下仅表现荧光发射(τ = 3.39 ns),但其在77 K下展现出1.53 s的超长磷光寿命,揭示了其固有的磷光潜能。乳糖功能化修饰后,TLTP室温下成功释放磷光,寿命达25.9 ms。理论计算分析表明,乳糖基团通过空间效应将分子间距从3.82 ÅTATP)扩大至7.67 ÅTLTP),同时乳糖间的多重氢键形成类似盔甲的保护层,有效削弱π-π堆积驱动的三线态湮灭并隔绝氧气猝灭。

发色团孤立策略实现室温超长寿命磷光。基于分子越孤立越易释放磷光的理论,将TLTP1 wt%低掺杂量引入富含氢键位点的超分子吸水聚合物(SAPs)基质,构筑非晶态复合材料SAPs@TLTP。该材料室温磷光寿命长达1.27 s,是纯TLTP49倍,且与TLTP77 K下孤立分子的本征磷光寿命(2.11 s)高度接近,证实策略有效性。SAPs@TLTP稳定性优异,储存三周后寿命仍有1.19 s

构建多级Förster共振能量转移(FRET)体系并实现颜色调控。以SAPs@TLTP为能量供体,与商业荧光染料RB6GCy3Cy5共组装,构建一步及两步级联FRET体系。其中,SAPs@TLTP/Cy3体系能量转移效率达71.0%,实现绿光(500 nm)到橙红光(618 nm)的余辉调控,Stokes位移扩大至338 nmSAPs@TLTP/Cy5体系实现室温NIR延迟发光(753 nmτ = 0.231 s)。受光合作用启发,构筑SAPs@TLTP/Cy3/Cy5级联体系,以Cy3为能量桥将NIR发光效率提升至61.2%,寿命延长至0.386 s。基于磷光寿命差异及颜色可调性,实现单层及双层时间分辨信息加密;利用TLTP的水溶性与氢键适配性,开发出适用于C18板及滤纸的隐形墨水,展示良好加密能力,同时初步验证其在紫外LED器件涂层中的应用潜力。

该研究近期在Chemical Science杂志以“Ultralong Organic Room-Temperature Phosphorescence of Tetraphenylene via Lactose Functionalization and Chromophore Isolation”为题在线发表且被选为ChemSci Pick of the Week”(上线时间为:06/05/2026),论文链接为:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2026/SC/D6SC01359G。论文第一作者为牛鑫、陈明星(北京大学)和张媛,通讯作者为邢国文和谭宏伟,北京师范大学为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金的资助。