有機(jī)室溫磷光材料因其在智能防偽、生物成像、化學(xué)傳感、信息加密等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，近年來已成為化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿課題之一。目前，科研人員通過共結(jié)晶、主客體摻雜等策略已經(jīng)在固體狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了純有機(jī)化合物的高效室溫磷光發(fā)射。然而，在溶液狀態(tài)下，特別是在水溶液狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)有機(jī)室溫磷光發(fā)射仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，這是因?yàn)樗腥芙獾难鯕庖约胺肿舆\(yùn)動(dòng)引起的非輻射躍遷會(huì)顯著猝滅三線態(tài)激子。近年來，關(guān)于水溶液中有機(jī)室溫磷光材料的報(bào)道不斷增加，但是仍然有限，相關(guān)研究也缺乏系統(tǒng)綜述。
近日，復(fù)旦大學(xué)朱亮亮課題組綜述了水相有機(jī)室溫磷光的研究現(xiàn)狀，歸納評(píng)述了該領(lǐng)域近期的代表性研究成果，總結(jié)了開發(fā)水相有機(jī)室溫磷光的有效設(shè)計(jì)策略以及水相有機(jī)室溫磷光在生物成像和傳感方面的應(yīng)用。此外，對(duì)材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提出了具體的觀點(diǎn)，同時(shí)也對(duì)該領(lǐng)域現(xiàn)存的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展進(jìn)行了討論。
作者首先基于磷光機(jī)理討論了實(shí)現(xiàn)水相室溫磷光所面臨的問題。1、對(duì)于純有機(jī)分子而言，其單線態(tài)到三線態(tài)的系間竄越效率（ISC）很低而且自旋軌道耦合很弱(SOC)；2、分子在水中的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)會(huì)打開非輻射通道，導(dǎo)致磷光淬滅，而且水中溶解的氧氣也會(huì)淬滅三線態(tài)激子。針對(duì)以上問題，研究人員通過在有機(jī)分子中引入重/雜原子以促進(jìn)系間竄越效率，然后通過分子自組裝等策略構(gòu)建一個(gè)相對(duì)剛性的微環(huán)境以限制非輻射躍遷，從而實(shí)現(xiàn)水溶液中高效的室溫磷光發(fā)射。
作者總結(jié)了兩種實(shí)現(xiàn)水相室溫磷光的高效策略：磷光分子納米粒子化以及大環(huán)超分子自組裝。由于大多數(shù)有機(jī)分子在水溶液中很難溶解，其在水溶液中會(huì)自組裝形成納米粒子。對(duì)于磷光分子而言，重/雜原子的引入有效地促進(jìn)了系間竄越，而其在水中形成納米粒子后又可以提供剛性的微環(huán)境，抑制分子非輻射躍遷，從而實(shí)現(xiàn)水溶液中的室溫磷光發(fā)射。此外，葫蘆脲等具有剛性結(jié)構(gòu)的大環(huán)主體分子在水溶液中可以與客體分子形成穩(wěn)定有序的組裝體，主客體分子之間的相互作用可以顯著限制客體分子振動(dòng)，抑制非輻射躍遷并且避免氧猝滅效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高效的室溫磷光發(fā)射。
作者緊接著介紹了水相有機(jī)室溫磷光在生物成像和傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。有機(jī)室溫磷光材料因其低毒性、長(zhǎng)壽命以及大的stokes位移等優(yōu)點(diǎn)，在生物成像領(lǐng)域具有極大地應(yīng)用前景。作者結(jié)合具體的文獻(xiàn)，介紹了在水溶液中具有室溫磷光發(fā)射的材料在細(xì)胞成像、時(shí)間分辨成像以及活體成像方面的應(yīng)用。此外，有機(jī)室溫磷光材料在傳感領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。與熒光傳感器相比，磷光傳感具有大stokes位移、高靈敏度、高信噪比等優(yōu)勢(shì)。作者分別介紹了水相室溫磷光在氧氣檢測(cè)、抗生素檢測(cè)以及金屬離子檢測(cè)方面的具體應(yīng)用。
全文信息：Hao Sun, Liangliang Zhu*, Achieving purely organic room temperature phosphorescence in aqueous solution,Aggregate 2022, DOI: 10.1002/agt2.253
鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.253
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