南京工业大学安众福等团队Nature Communications !!刚性离子键网络增强有机室温磷光

有机室温磷光是一种由纯有机材料中三重态激子辐射跃迁产生的特殊光学现象，因其具有长发光寿命、高激子利用效率和多样的激发态性质等优点，在信息加密、余辉显示、有机发光二极管和生物成像等领域展现出广阔的应用前景。然而，实现有机材料的室温磷光面临两大核心挑战：一是自旋轨道耦合较弱，限制了单重态与三重态之间的系间窜越效率，导致三重态激子生成不足；二是室温下的分子运动容易造成激子的非辐射衰减，使得三重态激子难以稳定存在。为应对这些难题，研究人员发展了多种策略，包括通过引入重原子、羰基和杂原子增强自旋轨道耦合，以及利用晶体工程、主客体掺杂、自组装和聚合等方法构建刚性微环境以稳定三重态激子。其中，主客体掺杂因其制备简便和磷光性质可调的特点，成为一种高效且通用的方法。然而，传统主客体系统对主体分子的能级和分子构型有严格要求，需要精确的分子设计与合成，这限制了通用型高性能磷光体系的发展。因此，开发一种能够克服主体分子设计瓶颈、具有普适性的新策略，成为该领域亟待解决的关键问题。

在这项研究中，研究人员提出了一种利用连续离子键构建离子键网络的主客体掺杂策略，用于制备高性能有机室温磷光材料。研究团队选用离子化的烷基链分子作为主体材料，通过将季铵基团连接到发色团上制备客体分子，从而构建出离子型磷光材料体系。该策略的核心在于利用离子键的非方向性和不饱和特性，在主体与客体分子之间形成连续的离子键网络，有效限制客体分子的运动并抑制非辐射跃迁。研究人员系统考察了掺杂比例、烷基链长度和离子键相互作用对磷光性能的影响，发现当主体与客体的烷基链长度匹配时，能够形成高度有序的离子键网络，同时有效激发外部重原子效应。通过调控孤立的发色团结构，该体系实现了从蓝色到橙红色的多色磷光发射，其中最长磷光寿命达到572.27毫秒。单晶结构分析和理论计算表明，主体材料具有较高的单重态和三重态能级，可有效防止客体到主体的能量回传；而离子键网络通过静电相互作用将发色团固定，显著增强了体系的刚性。此外，该主体材料具有良好的通用性，适用于多种不同的客体发色团，仅需通过简单的离子化修饰即可实现。

该研究建立了一种基于刚性离子键网络的有机室温磷光材料制备新策略，成功解决了传统主客体系统中主体分子设计复杂、兼容性要求严格的瓶颈问题。通过离子化烷基链主体与季铵盐修饰发色团客体的组合，研究人员构建出具有高度有序微环境的离子键网络，实现了三重态激子的有效稳定与长寿命磷光发射。该策略的突出优势体现在三个方面：首先，非共轭烷基链主体天然具备高于共轭发色团的三重态能级，从根本上避免了能量回传；其次，离子键网络相比传统氢键和范德华力提供了更强的分子运动限制能力；第三，主体与客体烷基链的匹配原则不仅创造了有序刚性的分子环境，还实现了外部重原子效应的有效调控。该体系在信息加密领域展现出良好的应用潜力，可通过掩膜和压印技术实现基于余辉的加密功能。这项工作将主客体掺杂与离子相互作用相结合，为有机室温磷光材料的研究提供了通用平台，对推动磷光材料在显示、加密和生物成像等领域的实际应用具有重要意义。