把发光分子关进“笼子” 让“有机夜明珠”光线愈甚...

在鼠标、手机、玻璃杯、陶瓷杯、插销、档案袋等介质的外貌，都能显示出差异清晰度的指纹，甚至指纹中的呼吸孔均能乐成识别。值得一提的是，基于该类质料，研究团队还设计并制备了余辉显示屏。通过电流驱动和系统控制，首次实现了质料在余辉显示规模的应用。

早在炎帝时期，人类就发明了长命命发光的余辉现象，也就是人们常说的“夜明珠”，经过千百年的成长，余辉发光现象依旧常见于无机发光质料，即能发出磷光的高尺度天然无机质料。近年来，科学家们一直但愿设计出高效的能长时间保持余辉的有机室温磷光质料。

这种执着，让科研事情者们距离梦想更进一步。今日，中国科学院院士黄维、南京产业大学传授安众福联合新加坡国立大学刘小钢传授，提出“发色团限域”计谋，最终实现了分子态高效蓝色室温磷光，成就颁发于国际顶尖学术刊物《自然·质料》。

研究团队还“一光多用”，开发出具有多重应用价值的磷光质料器件，并实验将其应用到指纹识别中。值得一提的是，该质料黏附指纹的能力较强，在鼠标、手机、水杯、档案袋、金属等日常日子中常见物体上，均能很优良地显示出来指纹。固然目前这些应用还处于尝试室阶段，但对科研人员来说，这些探索对理解有机磷光质料分子布局、会萃方法与发光机能的关联机制具有重要意义，同时为纯有机室温磷光质料迈向新应用奠基了根本。

高手偶得，推开有机室温磷光世界一扇窗

于茫茫黑夜中熠熠闪光的夜明珠，被视为人间法宝。传统的夜明珠，是一种在撤去激发光源后，仍能连续发光的特种蓄光型质料，也被称为磷光质料或长余辉质料。

有机超长磷光质料，被业界誉为“有机夜明珠”，近年来备受存眷。继2019年“有机超长磷光质料”首次入选中国科学院与科睿唯安联合宣布的《研究前沿》化学与质料科学规模的Top10热点前沿后，2020年该研究偏向——有机室温磷光质料再次入选。

目前，中国、新加坡、美国、英国、日本等国科研人员在有机室温磷光质料规模做了许多重要事情，通过引入溴/碘等重原子、引入芬芳碳基、形成晶体等具体办法，合成了多种有机室温磷光质料。

“以往，室温磷光质料凡是是含贵金属的无机物或金属有机化合物，这些金属在地表的品貌很低、存量有限，并且价格昂贵，例如铱、铂。虽然越来越多的研究，开始集中于不含金属的纯有机磷光质料上。纯有机化合物的磷光质料，多由碳、氢、氮等元素组成，他们在地表含量高，合成相对简单，但它们要被限制在77K，即零下196摄氏度的情况中才气长时间发光。”论文的通讯作者之一安众福说，2010年他还在读博士时，开始研究能够超长时间发光的有机磷光质料，自此打开了磷光世界一扇窗。

2010年的一个黄昏，安众福像往常一样，将有机磷光质料样品附着到硅胶板上，在关掉紫外灯的瞬间，眼前忽然闪过一道亮光。

“我不敢相信本身的眼睛，一般环境下，质料只在紫外灯照射下才会发光，关掉灯亮光也会随即消失。”安众福不宁愿宁可，又试了一遍，一闪而过的光依旧存在。他立即换了短波长的紫外灯去照硅胶板上的样品，这时，不单呈现了一道余辉，还连续了10秒阁下。

安众福既惊喜又惊诧，有机质料凡是很难视察到室温磷光，一般在低温下比力容易实现。并且，在有机质料科学尝试中，撤去激发光源后还能发光数十微秒即为“长时间”发光，而他们视察到的磷光却可发光约10秒。他们把这种质料界说为“有机超长余辉质料”。

在导师、中国科学院院士黄维等人的指导下，2015年，安众福地址的科研团队，活着界上首次设计并制备了多个系列的室温单组份有机长命命磷光质料。

受“冷冻”启发，奇特布局提高发光效率

6年前让安众福在有机室温磷光质料规模“初啼新声”的那项研究，焦点在于首次提出的“H—堆积布局不变三重态激子”的设计思想。这种布局设计的研究思路，让研究团队得到一系列新型的小分子和聚合物纯有机超长磷光质料。此次颁发的成就，亦能寻得个中陈迹。

“促进单重态和三重态之间的系间窜越，抑制三重态激子的非辐射跃迁是实现纯有机室温磷光的要害。”安众福指出，由于三重态激子的耗散途径许多，如延迟荧光、三重态—三重态湮灭等，这严重影响纯有机室温磷光机能的提升。

“我们阅读大量文献并做了许多实验后发明，在77K的低温情况中，被冻住的蓝磷光质料更容易高效发光。这启发我们，在室温下限制磷光质料中分子活动，是不是也仅供实现蓝色磷光质料的高效发光？”安众福说，在此次研究中，团队基于强感化力的离子键，缔造性地提出“发色团限域”计谋，他们以均苯四甲酸（PMA）这一多羧酸化合物为研究模型，通过布局设计，合成了均苯四甲酸四钠盐（TSP）的高效蓝色室温磷光离子晶体质料。

“这相当于把磷光质料的分子包裹在一个由离子键搭建的笼子里，离子键困绕在分子周围，周围的抗衡离子将发光的分子，也就是发色团，限定在一个刚性、伶仃的笼子里。各个偏向的抗衡离子和发色团彼此牵制，形成不变的布局。同时，羧酸基团不只仅供形成离子键，并且另有利于促进激子的系间窜越。”安众福介绍，光激发后，有机离子晶体TSP泛起明亮的蓝色长余辉现象，其寿命可达168.39毫秒。

“研究发明稳态光致发光光谱和磷光光谱几乎完全重叠，仅在325纳米处呈现一个极小的荧光峰。较大的磷光峰占比从侧面说明了其高效的磷光效率，磷光效率高达66.9%。”安众福欢快地说。

一光多用，在多个规模展现应用前景

最简单的分子却能实现最优异的磷光机能，为了进一步验证“发色团限域”计谋实现分子态高效室温磷光的普适性，该团队调解抗衡离子和发色团单位，设计合成了5个蓝色磷光质料、2个绿色磷光质料和5个黄色磷光质料，均实现了长命命、高效室温磷光。个中，蓝色室温磷光发光效率高达96.5%。

有机离子晶体的高效长余辉和水溶性特征，也让团队看到抱负照入现实的但愿。他们基于离子晶体TSP制备了加密墨水，通过喷墨打印技术，将有机室温磷光质料TSP打印到需要显示的位置，实现了质料在数据安详方面的应用。

记者看到，在一张纸上，写有“My hometown Nanjing is a charming, bustling, metropolitan city with a long history”。在普通日光下，打印出的纸张看上去平淡无奇。但关掉光源后，“Materials”的蓝色加密信息显示出来，这些蓝色字母的颜料便来自有机室温磷光质料TSP。

基于该质料的喷墨打印加工机能，团队还打印了高精度的世界舆图，进一步展示了该类质料在加密墨水方面的应用潜力。

不只于此，这类离子化合物还能与指纹中的油脂等富羟基布局结合，用于指纹识别。

记者看到，在鼠标、手机、玻璃杯、陶瓷杯、插销、档案袋等介质的外貌，，都能显示出差异清晰度的指纹，甚至指纹中的呼吸孔均能乐成识别。

“我们将TSP质料研磨成粉末，洒在鼠标、手机等介质的外貌，TSP仅供与指纹中的油脂产生感化，就会显示出指纹的轮廓。”安众福解释。

值得一提的是，基于该类质料，研究团队还设计并制备了余辉显示屏。通过电流驱动和系统控制，首次实现了质料在余辉显示规模的应用。