中山大学池振国教授团队:力致发光材料体系的新设计策略

力致发光(Mechanoluminescence, ML),又称摩擦发光、断裂发光或压电发光,是指固体材料在机械外力作用下破裂或形变而产生发光,这是直接将机械能转变成光能的一种发光现象。与其它类型的发光相比,力致发光不需要外加电压或紫外光照射等激发源,其环境友好的激发方式使得力致发光材料在应力传感、压光照明和加密防伪等领域具有重要的潜在应用。

中山大学池振国教授团队:力致发光材料体系的新设计策略

2010年开始,中山大学化学学院池振国教授研究团队在聚集诱导发光(AIE)材料的力致发光变色方面做了大量探索性的研究工作,发现了力致发光变色是绝大多数AIE材料的一个共性。该共性的发现,具有重要的学术意义,为解决力致发光变色材料稀少问题及促进该类智能材料的应用研究提供了一个切实可行的解决方案。

在上述研究基础上,2015年,该研究团队又首次发现了聚集诱导热激活延迟荧光(AIE-TADF)材料具有力致发光现象(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 874-878),然后又发现了一些AIE分子具有力致发光性能,并对其产生机理进行了深入研究(Chem. Sci., 2015, 6, 3236-3241;Chem. Sci., 2016, 7, 5307-5312;Chem. Sci., 2018, 9, 5787-5794)。

2017年,武汉大学李振教授团队与池振国教授团队合作,发现了一些纯有机磷光材料具有力致发光现象,把力致发光拓展到有机磷光领域(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 15299-15303;Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 880-884)。

2018年,池振国教授团队又发现了力致长余辉发光现象(Chem. Sci., 2018, 9, 3782-3787),至此,纯有机材料的力激发发射荧光、TADF、磷光或长余辉等不同发光类型的力致发光拼图拼齐。

2018年,池振国教授团队(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 12727-12732)与青岛科技大学杨文君教授团队(Chem. Commun., 2018, 54, 8206-8209)同时研究发现,将主体材料(具有力致发光性能)与不同客体发光材料(不具有力致发光性能)进行复合,可以通过机械力激发不同发光颜色客体分子产生发光,从而把力致发光材料体系从纯有机单组分进一步拓展到复合体系,极大地丰富了有机力致发光材料体系。

中山大学池振国教授团队:力致发光材料体系的新设计策略

近日,中山大学化学学院池振国教授研究团队提出利用一种更加简单的方法来精准设计力致发光复合材料体系的新设计策略。该策略设计的力致发光复合材料体系中,单独的主体材料和客体材料都不具有力致发光性能,但是通过主客体复合得到的复合体系则具有力致发光性能,实现了从无到有的力致发光。

同时,客体材料的选择范围非常广,可以是纯有机发光材料、配合物磷光材料,也可以是无机量子点发光材料等等。通过改变客体材料的种类,非常容易调节力致发光的发光颜色、亮度、色纯度以及发光寿命等性能,极大地丰富了力致发光材料的研究内涵。

结合光物理测试和理论计算,深入探究这类新型力致发光复合体系的激发过程和发射过程,并揭示了复合体系力致发光的激活机制是源于压电效应和主客体分子的能量转移。

上述研究结果发表于Angewandte Chemie International Edition,中山大学化学学院为第一完成单位。以上研究工作得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费等项目的大力支持。

 

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202010166

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