双组分有机室温余辉材料的制备及其性能研究

作     者：吴敏健 

作者单位：汕头大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张和凤

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：磷光 红光室温余辉 热激活延迟荧光 三重激发态 晕苯 

摘      要：有机室温余辉材料因其长寿命激发态性质,在生物成像、传感、发光器件等领域具有良好的应用前景。然而,大多数有机发光分子在室温下有较低的系间窜越产率、较小的磷光速率常数以及较大的非辐射失活速率常数,这些客观因素限制了高效有机室温余辉材料的制备。同时,由于能隙规则,红光余辉材料的制备存在巨大的挑战。而红光余辉材料较深的组织穿透性,兼具良好的去荧光背景能力,使得其在生物成像领域备受瞩目。先驱研究者们通过分子设计、聚集态控制以及超分子组装等技术,有效制备出了有机室温余辉材料。其中,双组分策略具有选材灵活、制备工艺简单和合成周期短等优点。本文通过引入有机基体作为第二组分操控发光分子激发态,成功制备出高性能有机室温余辉材料。并且,通过能量转移策略和合理设计发光分子,成功制备出室温红光余辉材料。最后,初步尝试对表面活性剂和有机小分子一锅法进行碳化,制备毒性更小的有机室温碳点余辉材料。本文所研究的主要内容如下:1.晕苯有较强的系间窜越能力和较小的磷光衰减速率,将晕苯(Cor)作为发光组分,通过合理选择有机基体,例如4-甲氧基二苯甲酮(Me OBP)和聚碳酸酯(PC),成功制备出长寿命、高亮度的有机室温余辉材料。聚合物的引入还能赋予余辉材料良好的加工性能。其次,将晕苯分子进行氘代处理,制备出了性能更好的余辉材料。进一步地,通过激发态能量传递,在氘代晕苯双组分材料(d-Cor-Me OBP-0.1%)中添加R6G染料,成功制备出寿命长达6 s的红光余辉材料,并发现该余辉材料有生物成像的应用潜力。2.通过对晕苯分子化学修饰,级联法一锅合成二氟化硼β-二酮化合物(Cor BF),实现了晕苯的室温磷光型余辉到Cor BF的热激活延迟型余辉的转变。同时,由于Cor BF具有中等的k,这使得其在收获三重激发态提高余辉量产的同时,还能保持长寿命发光。进一步地,将Cor BF与二甲胺对苯甲醛进行Aldol缩合,成功制备R。采用双组分策略,引入第二组分Me OBP,通过发光分子与基体的偶极-偶极作用,促进R的系间窜越(ISC)过程产生三重激发态,且基体自身的刚性环境能抑制R三重激发态的非辐射失活。基于此,成功制备出波长大于600 nm、量产高达43.7%的红光余辉材料,并发现其在生物成像领域具有巨大的应用潜力。3.采用工业级的表面活性剂和有机小分子进行一锅法碳化,通过对表面活性剂和有机小分子进行合理选择和对碳化过程精细调控,成功制备出粒径分布均一、具有室温余辉发射的有机碳点材料。