
有机分子和无机晶格的协同发光,这个突破性设计或许能让关注材料科学的朋友更清楚未来显示技术的演进方向。

仿天然矿物实现高温多色磷光 事件脉络与关键事实
中国科学技术大学张国庆教授团队联合北京理工大学王涛副教授团队,在室温磷光材料研究中取得突破性进展。研究受天然矿物余辉现象启发,通过将羧基化多环芳烃分子嵌入羟基磷灰石(HAP)晶格,构建出一种有机-无机杂化体系,实现了高温下稳定的多色磷光发射。该体系不仅展现出31.1%的磷光量子产率和超过300毫秒的寿命,更在500开尔文(约227℃)下仍保持清晰余辉,且经10次热循环后性能稳定。
传统上,有机室温磷光依赖三线态激子的辐射跃迁,而矿物余辉则源于晶格缺陷对光生电荷的捕获与热激活释放。本研究首次将两种机制融合:HAP晶格中的浅能阱(约0.125 eV)有效捕获并释放电荷,使有机分子成为热释光的发光中心。飞秒瞬态吸收光谱和电子顺磁共振(EPR)实验证实了三线态激子与电荷分离态的共存。
研究还揭示了HAP晶格中高达10¹⁰ V/m的局域内建电场引发的斯塔克效应,显著增强了系间窜越速率至8.76×10¹⁰ s⁻¹。通过密度泛函理论计算和静电力显微镜调控,验证了电场对前线轨道分布的扰动作用。这一发现打破了有机磷光与矿物发光之间的学科界限,为设计新型高温稳定发光材料提供了新思路。
事实
- 中国科大张国庆团队与北理工王涛团队合作,受天然矿物余辉启发开发出新型磷光材料。
- TPA-3COOH/HAP体系实现31.1%磷光量子产率、303.7毫秒寿命,并在500K(约227℃)下仍可发光。
- 研究证实三线态磷光与热释光机制在同一体系中共存,HAP晶格浅陷阱深度约为0.125 eV。
- EPR检测到光激发后持续超过10分钟的自由基信号,g值为2.0114,表明电荷分离态稳定存在。
- HAP晶格内建电场高达10¹⁰ V/m,显著增强系间窜越速率至8.76×10¹⁰ s⁻¹。
- 研究成果发表于《Angewandte Chemie International Edition》,论文第一作者为中科大博士生程奥远。
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