2017年10月23日
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燕红课题组在碳硼烷基发光材料方面的研究取得重要进展

二十面体碳硼烷根据两个碳原子的空间位置分为邻位、间位和对位碳硼烷,因其具有三维大位阻几何结构和推、拉电子性质以及高的热和化学稳定性可作为构筑基元合成各种发光功能分子。研究发现邻位碳硼烷可作为强的电子受体诱导电荷转移发射。如何利用碳硼烷这一特点构筑新颖碳硼烷基材料值得深入研究。

燕红课题组首先关注力致变色材料,因其对外界力的刺激做出响应可用在压力传感、光学信息存储等领。通常该性质用于非易失性存储器,然而固态下较强的分子间相互作用导致易失性存储器难以实现。该课题组将碳硼烷基元引入到蒽发光团形成“D-p-A”构型发光分子,实现了此类自修复力致变色材料(Chem. Commun. DOI: 10.1039/c6cc07093k)。研究发现碳硼烷的存在使得化合物可以通过力调控固态分子内电荷转移实现力致变色响应,该响应还可在1分钟内完成自修复恢复到原始状态(图1),具有易失性存储器需要的性能,显示出潜在应用前景。

图1. 碳硼烷基自修复力致变色材料

受以上碳硼烷化合物在固态下具有多重发射特征的启发,该课题组认为通过合理设计,应该可以实现该类单一有机化合物固态下的白光发射!当前用于照明及显示的白光器件主要通过互补色或三基色来实现,但遭遇色彩重复性难及制备工艺繁杂等问题。另外,由于难以精确调控分子的激发态,加之固态下分子通常表现出聚集淬灭效应,宽的发射光谱,高效的有机单分子白光材料目前报道很少。针对这一科学问题,燕红课题组通过优化供体单元在制备简单、具有较高热稳定性(分解温度360 oC)的碳硼烷基菲类分子中实现了固态白光发射(图2),通过分子结构剪裁使得化合物晶体结构由H-聚集体向J-聚集体和交叉堆积转变,其白光绝对量子效率可达到67%,这是目前单分子有机白光材料中最高值,该研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201703862。

以上研究工作第一作者为南京大学博士生涂德双,与南京大学芦昌盛副教授及南京邮电大学赵强教授合作完成,并得到了国家自然科学基金委及科技部-国家重大科学研究计划等基金的资助。

图2. 碳硼烷基单分子有机白光材料

(化学化工学院 科学技术处)