【人物与科研】华南师范大学许炳佳副研究员课题组：纯有机聚集诱导白光材料的力致超长室温磷光发射及光致三色发光转换研究

导语

力致发光（Mechanoluminescence, ML）是指材料在外力（如压缩、拉伸、弯曲、切割、研磨、振动、刮擦等）作用下直接产生光发射的现象，其有别于常见的光致发光及电致发光。而有着“夜明珠”之称的长余辉发光是指当撤去激发源后材料的发光仍在持续的现象，它通常都是由超长室温磷光发射形成。在过去，纯有机材料的长余辉发光都是由光或者电触发产生的，这在很大程度上限制了它的应用范围。近日，华南师范大学许炳佳副研究员课题组在有机力致发光材料领域取得重要进展，开发出了能通过力触发产生长余辉发光的纯有机白光材料。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/ange.201800762）。

许炳佳副研究员课题组简介

许炳佳副研究员课题组成立于2017年3月，依托华南师范大学环境理论化学教育部重点实验室以及材料科学与工程研究所，主要研究领域为：1）新型力刺激响应有机发光材料的合成、性能以及发光或发光变色机制探索；2）有机/高分子光电响应功能材料的合成及在化学传感、有机发光二极管（OLED）和生物成像与治疗等领域中的应用。

许炳佳副研究员简介

许炳佳，华南师范大学化学与环境学院副研究员，研究生导师。2008年6月毕业于中山大学化学与化学工程学院，获理学学士学位；2012年2月至2014年2月获国家留学基金委资助在美国加州大学洛杉矶分校化学与生物分子工程系进行联合培养博士研究生学习，师从卢云峰教授；2014年6月毕业于中山大学化学与化学工程学院，获工学博士学位，导师为许家瑞教授和池振国教授；2014年8月至2016年11月在中山大学光学工程流动站从事博士后研究（特优资助类），合作导师为金崇君教授。2016年10月起任华南师范大学化学与环境学院副研究员，华南师范大学“青年拔尖”引进人才。迄今为止已发表SCI论文40余篇。其中，以第一作者和通讯作者身份在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Chem. Commun.等化学领域的SCI一区TOP期刊上发表论文10余篇，包括被国际知名学术网站平台ChemistryViews.org作为研究亮点（Highlight）报道的论文2篇，ESI高被引论文2篇，Chem. Sci.期刊季度下载量前10名论文1篇；第一作者及通讯作者论文被SCI论文他引500余篇次。目前主持有国家自然科学基金、广东高校重大科研专项、广州市科技计划等多个项目。已入选广东省青年珠江学者和广州市珠江科技新星等人才计划。

前沿科研成果

纯有机聚集诱导白光材料的力致超长室温磷光发射及光致三色发光转换研究

力致发光材料是指在外力作用下能直接产生光发射的一类固体材料，其在显示、照明、应力传感、安全防伪等领域均具有重要的潜在应用。然而，传统的有机材料在固体状态下会发生聚集浓度淬灭（Aggregation-Caused Quenching, ACQ），导致其在室温下的力致发光较弱甚至难以被观察到。2015至2016年许炳佳博士与中山大学的池振国教授、张艺教授以及许家瑞教授等通过系列的对比研究发现，非中心对称晶体结构中极性分子较大的跃迁偶极矩及分子的聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）效应对有机材料的力致发光有显著的增强作用，为该类材料的分子设计提供了方向及有效策略（Chem. Sci., 2015, 6, 3236; Chem. Sci., 2016, 7, 5307）。近两三年来，国际上在有机力致发光方面的研究取得了不少的重要进展，也相继开发出了一些具有聚集诱导发光性质的高亮度有机力致发光材料。然而，关于力致长余辉发光有机材料的研究却仍未见有报道。在过去，纯有机材料的长余辉发光都是由光或者电触发产生的，其应用范围受到很大程度的限制。

图1. 化合物的光致三色发光转换

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

最近，许炳佳副研究员在其关于有机力致发光材料、有机单分子白光材料（Chem. Sci., 2016, 7, 2201）及瞬时荧光-室温磷光双发射有机材料（Chem. Sci., 2017, 8, 1909）等方面工作的基础上，与课题组石光教授等合作，通过在N-(4-三氟甲基苯基)邻苯二甲酰亚胺上引入卤素取代基溴，合成了一例具有“聚集诱导发光”及光致“瞬时荧光-室温磷光双发射”性质的纯有机白光化合物ImBr。研究发现，该化合物的晶体粉末在外力作用下能发射出很强的蓝光而当外力消失后仍能观察到黄色的超长室温磷光，表现出力致长余辉发光（Persistent Room-Temperature Mechanoluminescence）的特性。该研究结果不仅改变了纯有机材料的长余辉发光只能由光或电触发的现状，更使有机力致发光的研究向前迈出了重要的一步，为有机长余辉材料及有机力致发光材料的应用创造了更广阔的空间。与此同时，在紫外灯照射下，材料的发光颜色能从蓝色转变为白色；撤去紫外灯后，材料的发光颜色则从白色转变为黄色。换言之，通过简单地开-关紫外灯，材料的发光颜色能在蓝色、白色和黄色之间可逆转换，这在安全防伪、信息存储等领域均具有重要的潜在应用。单晶结构分析和量子化学理论计算的数据表明，化合物ImBr力致长余辉发光的产生机理与分子中溴原子较强的自旋轨道耦合作用、非中心对称晶体结构中H-聚集体的形成及分子内运动受限等因素有关。此外，作者还通过对比研究提出了该类材料的初步分子设计策略，为后续研究提供了理论基础。

图2. 化合物的力致超长室温磷光发射及其可能的形成机理

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

相关成果最近发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，许炳佳副研究员和石光教授为论文共同通讯作者，本科生黎建桉和周京弘同学为论文共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、广州市科技计划、广东高校重大科研专项特色创新项目、广东省自然科学基金以及华南师范大学“青年拔尖”引进人才启动经费的资助。国际知名学术网站平台ChemistryViews.org也将该工作作为研究亮点（Highlight）进行了报道。

通讯作者：

许炳佳 副研究员

石光 教授

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201800762

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