Advanced Optical Materials:抑制激发态配位骨架形变赋予三配体磷光铂配合物优异的聚集诱导发光特性

聚集诱导发光是指一类溶液中不发光或者发光微弱的分子聚集后发光显著增强的现象,由香港科技大学唐本忠院士于2001年首先提出。经过近二十年的发展,荧光型聚集诱导发光纯有机分子材料及相关发光机理取得了重要进展。与纯有机分子发光来源不同,磷光有机金属配合物发光常常涉及到金属中心到配体电荷转移跃迁,能够显著提高其在溶液中的发光效率;另一方面,磷光激发态寿命较长,在聚集时容易产生三线态-三线态淬灭导致发光效率降低。以上原因导致磷光型聚集诱导发光有机金属配合物材料的开发面临重重挑战。因此,到目前为止,磷光型聚集诱导发光材料数量稀少,相关聚集诱导发光机理也亟待突破。

鉴于磷光型聚集诱导发光材料在时控成像/传感以及提高有机发光二极管电致发光效率方面具有先天优势,西安交通大学周桂江教授课题组与香港理工大学黄维扬教授课题组采用双齿与单齿配体相搭配的策略设计合成了一系列新型高效磷光型聚集诱导发光铂配合物。传统磷光铂配合物含有两个双齿配体,形成刚性平面四配位结构,在溶液中具有较强发光能力,在聚集态时则因分子平面结构易产生较强ππ作用而造成发光效率降低。为了避免刚性平面结构在引发聚集诱导发光方面的不利影响,该研究采用两个独立单齿配体取代传统铂配合物中的一个双齿配体,所得铂配合物分子因单齿配体的扭曲而不再整体具有刚性平面结构;更为关键的是为铂配合物在激发态发生配位骨架形变提供通道。理论计算表明,所得铂配合物的铂金属中心配位骨架在基态时为平面构型,激发态时形变为准四面体型,猝灭发光激发态导致溶液中发光很弱。相反,在聚集条件下激发态配位骨架形变受到极大的物理空间限制,发光激发态非辐射跃迁通道被关闭,使配合物发光显著增强,从而获得聚集诱导发光能力。基于实验表征及理论计算结果,该研究提出“激发态配位骨架形变抑制”的聚集诱导发光新机理。

此外,该研究还通过制备结构简单的有机发光二极管对所得聚集诱导发光材料的电致发光性能进行了研究,相关器件表现出高达21.7%的外部量子效率,居于目前报道的磷光型聚集诱导发光材料电致发光效率最高之列。该研究为设计开发新型高效磷光型聚集诱导发光材料提供了简单有效的新出路。相关结果近日以“Strategically Formulating Aggregation‐Induced Emission‐Active Phosphorescent Emitters by Restricting the Coordination Skeletal Deformation of Pt(II) Complexes Containing Two Independent Monodentate Ligands”为题在线发表于Adv. Optical Mater. 2020, 2000079 (DOI:10.1002/adom.202000079)。除了应用于有机发光二极管之外,铂配合物在生物成像、化学传感甚至抗癌治疗等领域具有巨大应用潜力,采用该研究提供的新方法开发相关聚集诱导发光铂配合物也有望为这些领域提供高性能材料或治疗手段。