[发明专利]具有扭曲给-受体结构的纯有机室温磷光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有扭曲给‑受体结构的纯有机室温磷光材料及其制备方法和应用。本发明中通过简单地构建具有扭曲给‑受体结构的π‑共轭结构，获得了一种发光寿命长且发光效率较高的纯有机室温磷光材料；本发明的制备方法简单、原料价廉易得、反应步骤少、反应条件温和、产率较高、易于实现产业化；本发明的制备方法有利于在烷基侧链末端引入不同的功能基，促进纯有机室温磷光材料在有机电致发光器件、化学传感、生物成像和数据加密与防伪标记等方面的应用。

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，具体涉及一种具有扭曲给-受体结构的纯有机室温磷光材料及其制备方法和应用。

背景技术

磷光是一种缓慢发光的光致冷发光现象，即激发停止后，其发光可持续一段时间(如图1所示)。同传统的荧光材料相比，磷光材料的优势主要体现在较长的发光寿命，其较长的发光寿命可消除生物体自发荧光(纳秒级)的干扰和降低背景噪音，从而实现高分辨率和高信噪比的生物成像。另一方面，在电致发光过程中，磷光材料可同时利用单线态和三线态激子发光而突破传统荧光材料25％的内量子效率上限值，在理论上实现内量子效率高达100％的高效有机电致发光二极管器件。因此，发展高效、长寿命的磷光材料以及探索其在前沿科技领域的应用价值引起了科学界和工业界的极大关注。

尽管磷光材料在许多高新技术领域诸如光电器件、信息存储、化学传感、光响应开关、分子探针和生物成像等有着广泛的应用前景(Adv.Mater. 2016,28,655-660；J.Am.Chem.Soc.2014,136,6395-6400；Nat.Mater.2009, 8,747-751；Adv.Mater 2017,10.1002/adma.201701244)。然而，目前报道的绝大部分磷光材料都是基于无机化合物和有机金属配合物。无机化合物不但种类有限、加工性较差，并且依赖于昂贵稀土金属的掺杂；相比之下，有机金属配合物种类多样且具有良好的加工性，但是也需依赖于昂贵稀土金属，这些缺陷均在一定程度上限制了无机和有机金属配合物类磷光材料的实际应用。针对以上不足之处，不含贵重金属的纯有机磷光材料展示出了其独特的优势：(1)纯有机化合物来源广、易修饰、可溶液加工和大面积制备，可在一定程度上降低生产成本；(2)纯有机化合物细胞毒性小且生物相容性好，使其在生命科学领域有着极大的发展潜力；(3)纯有机化合物具有柔韧性好和轻、薄的特点，使其在柔性显示、可穿戴电子设备等领域具有诱人的应用前景。然而，室温磷光(Room Temperature Phosphorescence,RTP)却极少在纯有机化合物中发现，主要原因是：(1)空气中的三线态氧和水汽等会捕获三线态激子而猝灭磷光(J.Phys.Chem. 1977,81,1932-1939)；(2)分子内振动、旋转等运动会造成激子的非辐射弛豫而猝灭磷光。因此，纯有机化合物的磷光发射通常要在超低温和无水无氧条件下才能实现(J.Am.Chem.Soc.2013,135,2160-2163)，这种极其苛刻的要求在很大程度上限制了其实际应用。鉴于此，发展发光寿命长且发光效率较高的纯有机RTP材料是当前有机发光材料发展中亟待解决的关键科学问题，更是一个极大的挑战！

在2010年发现二苯甲酮及其衍生物的晶体具有RTP发光特性，并首次提出了“结晶诱导磷光(Crystallization Induced Phosphorescence,CIP)”理论 (J.Phys.Chem.C,2010,114,6090-6099)。在CIP理论的指导下，还相继发现一系列二苯基乙二酮衍生物，二苯甲酮衍生物，甚至一些天然产物如淀粉，纤维素和牛血清蛋白都具有RTP发光特性(Sci.China.Chem.2013,56, 1183-1186；Sci.China.Chem.2013,56,1178-1182；Adv.Optical Mater.2015, 3,1184-1190；Adv.Mater.2015,27,6195-6201；Chem.2016,1,592-602)。此外，也相继观察到不同纯有机分子体系的RTP发光现象，并发展了多种纯有机RTP材料的设计策略，例如共晶诱导、基质辅助、单线态裂分、H-聚集诱导、分子间电子耦合等。