南邮团队研发新型超余辉聚合物，可用于高分辨的余辉显示

近年来，有机窄谱带发光因其在高分辨显示领域有着广阔的应用潜力，受到了科学家的广泛关注，并已经在荧光、金属有机磷光和热活化延迟荧光材料等领域取得了较大进展。

然而，纯有机材料三线态激子固有较大的结构弛豫和自旋禁阻的跃迁过程，阻碍了在有机长余辉领域中实现窄谱带和高效率的发光，进而限制了这类材料在高分辨余辉显示领域的应用。

针对这一问题，南京邮电大学黄维院士团队的陶冶教授和陈润锋教授提出了刚性余辉主体稳定和敏化孤立客体荧光发色团的策略，借此构建出一系列高效率、长寿命和窄谱带发光特性的超余辉聚合物，解决了有机长余辉材料色纯度不足和发光效率低的问题，并探索了这类材料在余辉照明和高分辨余辉显示等领域的应用。

图 | 陶冶（来源：陶冶）

在应用前景上：首先，余辉照明和撤去激发源后的高分辨余辉图案显示可以有效地节约能源、促进碳中和；其次，该材料还有希望用于高分辨的余辉生物成像，相比于传统有机长余辉材料成像其具有更高的信噪比。

（来源：Nature Communications）

概括来说，该成果提供了一种简单而有效的方法来实现高效率窄谱带的长余辉发射，相关机理具有很好的普适性。

另外，这种将窄谱带发光特性的多重共振荧光发色团与刚性余辉主体结合的策略，也适用于开发蓝光长余辉材料。同时也适用于开发圆偏振长余辉体系，通过选择手性的余辉主体或者手性的客体发色团，理论上均能实现圆偏振的长余辉发射。只要刚性余辉主体延迟光谱与客体发色团的吸收光谱重叠面积够大，就可以通过主客体间的高效能量转移来实现蓝色长余辉发射。

而之所以实现较高的发光量子效率，主要有三个原因：其一，主客体间高效的能量转移，有效避免了共聚物体系的非辐射衰减；其二，客体多重共振发色团分子，在理论上具备 100% 的光致发光量子效率；其三，客体发色团处于孤立状态下有效避免了聚集产生的淬灭效应。

日前，相关论文以《来自分离的荧光发色团的多色超余辉》（Multicolor hyperafterglow from isolated fluorescence chromophores）为题发表在 Nature Communications 上，Xiao Zhang 是第一作者，黄维院士、陶冶教授和陈润锋教授担任共同通讯作者 [1]。

图 | 相关论文（来源：Nature Communications）

研究中，课题组发现有机窄谱带发光是一个迷人的现象，并且具有不错的应用前景，但是目前有机长余辉材料领域却未有人成功实现，这一定程度上限制了这一领域的发展，因此开发具有高效窄谱带发光特性的长余辉材料成为一个关键的科学问题。

为此，他们在分析后发现有机长余辉材料体系难以实现高效窄谱带发射的原因是：三线态激子的结构弛豫过大和以及受到自旋禁阻的影响。但是，这一问题很难通过单组分小分子的设计来做出理性调控，因此该团队推测在聚合物或者掺杂体系中也许可以窄谱带余辉发射。

接下来，他们通过调研文献发现，目前在有机电致发光二极管领域中的「超荧光策略」可以有效地实现高效地窄谱带发光，通过主体来有效敏化客体多重共振荧光发色团，既可以实现理论上 100% 的激子利用率，还可以实现窄谱带的发光。

受到相关文献的启发，该团队提出了一种超余辉的策略：利用刚性余辉主体稳定和敏化孤立客体荧光发色团，来实现高效率和窄谱带的长余辉发射。

此外，为了便于长余辉材料的应用，他们选择聚合法来设计分子，随后则要进行材料制备和性能测试。结果显示，他们实现了高效率窄谱带的余辉发射，后续机理研究也证明了上述设计思路的正确性。

（来源：Nature Communications）

然后，他们进一步探索了机理的普适性，借此开发出寿命更长和发光颜色不同的窄谱带长余辉材料，表明上述策略具有一定的普适性。

最后在实验阶段，基于该材料的高效率和窄谱带等特性，他们探索了材料在余辉照明和显示等领域的应用。

后续，该团队将致力于开发蓝光、圆偏振特性和流体态的窄谱带有机长余辉体系，也可能会探索将该机理用于构筑高分辨成像功能的有机闪烁体材料。

参考资料：

1.Zhang, X., Zeng, M., Zhang, Y. et al. Multicolor hyperafterglow from isolated fluorescence chromophores. Nat Commun 14, 475 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36105-y

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