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  室溫磷光和力致發(fā)光，是光學材料中兩類極具代表性的光學性質(zhì)，在光電二極管，防偽等領域具有重要的應用前景。二者常作為兩類獨立的光學性質(zhì)存在于不同分子體系，而同一分子體系兼具兩種性質(zhì)則極少有報導。通過分子結(jié)構(gòu)設計將兩種性質(zhì)賦予同一分子，實現(xiàn)多功能光學材料的構(gòu)筑，極具挑戰(zhàn)，無論是在分子設計層面，還是多功能光學材料的應用方面都具有重要意義。

  唐本忠院士團隊，深圳大學李冰石教授課題組將咔唑修飾以天然的膽固醇取代基（圖1a），系統(tǒng)研究了分子在不同狀態(tài)下，當分子堆積方式及分子間作用力發(fā)生改變時，分子的室溫磷光、力致發(fā)光的多態(tài)響應特性，構(gòu)筑了多功能于一體的新穎光學材料。分子的單晶c1，粉末1o及加熱后1h均具有室溫磷光特性，單晶c1在紫外燈照射關閉后具有裸眼可見的長達6秒鐘的長余輝，而單晶c2則不具有室溫磷光特性(圖1b)；而兩種晶體和粉末則均具有力致發(fā)光特性（圖1c）。

圖1. （a）分子的合成路徑，（b）兩種單晶c-1,c-2，粉末及加熱狀后的粉末的室溫磷光及（c）兩種單晶及粉末狀態(tài)下的力致發(fā)光特性

  分子在不同分散態(tài)下的熒光、室溫磷光及力致發(fā)光光譜如圖2a所示, 分子具有近紫外的藍色熒光發(fā)射，晶體c-1在365nm波長激發(fā)下具有，525, 579 和 626 nm多重發(fā)射峰，三種發(fā)射波長分別對應1.15, 1.12 和1.00 s的熒光壽命。XRD譜表明分子在不同分散態(tài)下存在多種堆積模式（2c），不同分子堆積模式下分子間作用力亦存在顯著差別（圖3），這些差異導致分子在不同分散態(tài)下三線態(tài)具有不同的發(fā)射路徑。

圖2. 分子在各種固態(tài)（單晶c1,c2, 粉末1o，研磨后1g及退火處理后1h）下的（a）熒光、力致發(fā)光及室溫磷光特性，（b）單晶c1的時間分辨熒光衰減曲線和（c）XRD譜

圖3. 晶體c-1的四種分子間作用力(a-d)及晶體c-2的分子間作用力（e,f）

  由于分子具有近紫外的熒光發(fā)射，課題組進一步將分子與激發(fā)波長、能量匹配的綠、黃、紅三種熒光染料進行簡單物理摻雜，利用力致發(fā)光激發(fā)熒光染料，制備了具有三種熒光發(fā)射的二元力致發(fā)光體系。二元共混體系在粉末和退火處理后均具有紅橙黃三色的力致發(fā)光性（圖3a）。課題組在利用分子的熒光和室溫磷光特性在防偽應用方面進行了初步探索，將粉末狀樣品通過毛筆書寫附著在紙面，紫外激發(fā)后分子發(fā)射深藍色熒光，紫外燈撤去，預先進行退火處理的部分具有肉眼可見的黃色長余輝，未處理的部分則無磷光。

圖3. （a）雙組分（分子1+熒光染料）力致發(fā)光體系及（b）基于室溫磷光性質(zhì)的防偽應用示例

  以上研究成果以《Controllable room temperature phosphorescence, mechanoluminescence and polymorphism of a carbazole derivative》為題，發(fā)表在Mater. Horiz., 2021, Advance Article。論文的第一作者為深圳大學化學與環(huán)境工程學院碩士研究生張洪巖，通訊作者為李冰石教授，共同通訊作者為黃光熙副研究員與香港中文大學（深圳）唐本忠教授。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/MH/D1MH00956G