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我国学者在发光机制研究方面取得重要进展
2020年12月29日    作者: 伊晓东 高飞雪    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(批准号:21971246,21771186,21925303,21701179)等资助下,中科院合肥物质科学研究院伍志鲲研究员等合作团队在发光机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以“距离关联晶态发光(Distance makes a difference in crystalline photoluminescence)”为题,于2020年11月4日发表在《自然通讯》(Nature Communications)上,论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-19377-6

聚集诱导发光(AIE)和聚集诱导发光淬灭(ACQ)是两个重要的发光现象。研究人员从结构特征来解释它们,认为当化合物中存在平面结构可形成强的分子间π···π重叠时,会导致ACQ现象;而当化合物结构扭曲、分子内运动受限时则导致AIE现象。随后又有工作报道了晶体团簇的发光比无定形态的弱(晶态诱导发光减弱,CIPW)和团簇晶态诱导发光增强现象(CIEE)。CIEE现象可用现有的AIE机制来解释,但CIPW不能用现有的ACQ机制来解释,因为团簇内没有类似的大平面结构。因此,深入理解CIPW现象不仅对晶态团簇发光的调控和应用具有重要意义,也能为AIE和ACQ现象提供新的解释或补充,其难处在于需要考虑的因素(如组成、结构、大小等)太多,难以排除多种因素对发光的影响。

研究团队对晶相排列结构进行了调控(图1),发现团簇间距离短的发光相对较弱;他们进一步利用压力来调控团簇间距离,发现两种晶相结构都随着压力增加,发光强度逐渐减弱,且发射强度与压力成负的指数关系。当把压力卸掉时,在一定范围内团簇发光又可以恢复,证实团簇发光与团簇间距离关联。结合理论计算和发光寿命测试,他们提出了距离关联的团簇激发电子非辐射转移机制:即在一定范围内,随着团簇间距离减小,激发电子除了在团簇内非辐射转移外,在团簇间非辐射转移也增强,导致辐射能量相对减少,从而发光减弱。该机制不仅能解释CIPW现象,而且也能解释ACQ和AIE现象:分子间距离靠得很近时可导致ACQ现象,当存在扭曲结构阻碍分子间靠得很近时就可能存在AIE效应。因而,这一机制为AIE、ACQ、CIPW等现象提供了一个统一的解释,加深了人们对发光机制的理解,对后续宏观发光材料(不限于有机物)的设计构筑、调控及应用具有重要意义。

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图1. 距离关联的激发电子非辐射转移导致团簇晶态荧光减弱

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