Angew. Chem. :聚集态吩噻嗪衍生物的分子构象及其“自掺杂”对室温磷光的影响

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有机发光材料是当前研究的热点,在防伪、光电子器件、生物、医学等领域具有广泛的应用。实际应用中,有机发光材料主要存在两种状态:一种是非掺杂态,制备简单;另一种是掺杂态,加工相对复杂,但能充分利用主、客体的优点。除此之外,基于同一分子不同构象的自掺杂,因其兼具非掺杂和掺杂态的优势,也可能成为一种构建发光材料的有效途径。目前,已有零星自掺杂有机荧光材料的报导,遗憾的是,与之相对应的自掺杂有机室温磷光(RTP)材料极为罕见。


已有研究表明,吩噻嗪基团因其N/S杂原子能促进n-π*跃迁及其相应的系间窜越,常用于构筑有机室温磷光分子。而且,在不同条件下,吩噻嗪衍生物可以呈现两种不同的典型构象,分别为“准轴向”(ax)和“准赤道”(eq)。因此,吩噻嗪类有机室温磷光分子具有产生自掺杂的先天优势。然而,目前报道的基于吩噻嗪衍生物的室温磷光体系大多处于非掺杂或掺杂态。究其原因,应该是缺乏有效的分子构象调控手段,并且对吩噻嗪衍生物构象与室温磷光性质关系的认知不够。因此,探寻分子构象精准的调控手段对于发展吩噻嗪类室温磷光材料非常重要,同时也会促进有机室温磷光机制的深入探索和“分子结构-聚集态调控-材料性能”构性关系的全面总结。


近日,研究者通过在吩噻嗪基团的1位或苯取代基的邻位引入不同数量的甲基位阻基团来精确控制分子构象,共设计合成了24个分别具有ax和eq构象的吩噻嗪衍生物,系统研究了它们在不同状态下的室温磷光行为,深入探索了不同分子构象及其自掺杂效应对室温磷光性质的影响。



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研究发现,由于不同分子构象导致的不同能级特征和激发态过程,具有ax构象的吩噻嗪衍生物在聚集态下表现出更好的室温磷光性能,而在分散态下则eq构象更佳。此结果表明,吩噻嗪衍生物在不同状态下存在不同类型的“构象依赖室温磷光效应”。


受此启发,研究者构建了主客掺杂体系模拟吩噻嗪衍生物的自掺杂状态,采用聚集态下磷光性能较好的PTZ-1Me-H (ax)作为主体,而分散态下磷光更强的PTZ-R-Me (eq) (R = -OCH3、- CH3、-H、-F、-Cl、-Br)作为客体,通过共结晶、研磨或加热这两种组分的混合物成功获得了“自掺杂室温磷光”体系,其性能明显优于相应的单组分材料,为有机室温磷光材料的研发提供了新的可行途径。

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本工作首次系统地研究了分子构象及其相应的“自掺杂效应”对吩噻嗪类磷光性能的影响,展示出自掺杂策略构建室温磷光材料的有效性,有望应用于热敏打印、信息加密和防伪等领域。

文信息

The Effect of Molecular Conformations and Simulated “Self-Doping” in Phenothiazine Derivatives on Room-Temperature Phosphorescence

Mingxue Gao, Yu Tian, Xiaoning Li Yanxiang Gong, Manman Fang, Jie Yang, and Zhen Li

文章第一作者为天津大学分子聚集态科学研究院的博士研究生高明雪,通讯作者为杨杰副研究员和李振教授。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202214908




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