荧光材料

近红外有机发光二极管（NIR-OLEDs）在生物成像、防伪、传感器、远程医疗、显微摄影、夜视显示等方面颇具实际应用价值，已成为有机电致发光器件的重要发展方向之一，而热活化延迟荧光（TADF）材料可以实现100%激子利用率，其量子效率可媲美基于贵重金属的磷光材料，具有应用潜力。受能隙定律的影响，近红外发光材料的基态（S0）和第一单态激发态（S1）势能面接近，近红外发光材料普遍存在严重的非辐射失活现象，在聚集态中表现得尤为严重。非掺杂器件在面板显示和一般照明应用中具有良好的重复性、高稳定性和低成本等优点以及商业化潜力。鉴于TADF材料具有强的分子内电荷转移（ICT）特征，在非掺杂条件下可较易获得深红色甚至近红外发射，因此亟需开发出光亮的NIR-TADF非掺杂材料。　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员葛子义和副研究员李伟等开发了一种在非掺杂条件下即可实现高效率的NIR-TADF，基于该材料的NIR-OLED最大外量子效率为9.44%，发光峰位于711nm，是目前已报道的基于TADF材料的NIR-OLED最高效率之一。科研团队探究了TADF材料的材料结构、发光特性与聚集态之间的关系。一般认为，非晶态薄膜的无序程度高于有序排列的单晶，薄膜中光团的光致发光量子产率（PLQYs）普遍高于晶体态。已知TADF分子的非辐射淬灭主要受Dexter能量传递（DET）机制主导下的分子间电子交换作用。DET过程的短程特性，在高浓度下会发生激子湮灭，故分子填充模式的微小变化可能对光电子性能产生影响，甚至决定光团的光物理性能。因此，研究团队设计了T-β-IQD单晶来深入探究材料在结晶态和未掺杂态下的高发光量子产率的机理。x射线晶体学分析表明，T-β-IQD具有面对面的堆积结构，且相邻有较大的层间滑动，TIQD晶体呈“头尾”排列。根据Kasha激子模型，T-β-IQD的二聚体跃迁偶极子与对应偶极子对齐方向的夹角（θ）分别为24.92°，为J型聚集体形式，可以提高辐射衰减率。在T-β-IQD晶体中，同时存在分子内和分子间CNH-C和C-Hπ协同作用（图1）。这种适度的分子内C-Hπ相互作用可以锁住β-TPA供体上的分子内叔丁基苯单元和萘，高度限制它们在结晶态下的旋转。同时，在晶体和共轭骨架中没有观察到明显的π-π堆积接触，这降低了浓度淬灭效应（ACQ）。根据DET机制，T-β-IQD晶体的邻腈核之间的远距离（8.50）有望抑制延迟荧光（DF）和三态激射灭（图2）。此外，在TIQD晶体中，相邻的IQD段之间形成了距离为3.35的强分子间π-π相互作用，表明相对于T-β-IQD晶体，分子间的堆积更为紧密，且具有严重的非辐射衰变。分子动力学（MD）模拟表明，T-β-IQD的受体面与二聚体对齐方向的夹角（θ）为27.5°，T-β-IQD在非晶态下倾向于以J-聚集体形式堆积。T-β-IQD的吡咯核间距为4.1。T-β-IQD的平面受体之间距离较大，避免了浓度猝灭效应。T-β-IQD分子的平面受体片段呈现角度错位排列，未观察到明显的共面堆叠，这将有助于抑制非掺杂薄膜中的ACQ效应。　　在稀释THF溶液中，T-β-IQD几乎不发射，而当水分数（fw）增加到60%时，PL强度迅速增加，表现出明显的聚集诱导发光（AIE）特征（图2）。T-β-IQD在固体状态下表现出几乎与浓度无关的特性。这种独特的优点可以归结于它的RIR原理的AIE效应、具有C-Hπ和CNH-C分子间相互作用的J聚集性质以及晶体态的大中心到中心距离，这提高了非掺杂薄膜和基于材料的发射效率。　　相关研究成果以Highly Efficient Near-Infrared Thermally Activated Delayed Fluorescent Emitters in Non-Doped Electroluminescent Devices为题，作为热点文章发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、宁波市科技创新2025重大专项等的支持。

1. 引言量子产率是评价荧光材料发光效率的重要参数，复合荧光材料通常由两种或两种以上的材料组成，依据样品的量子产率分布可以确认每种成分的发光效率，助力于样品的精细化分析。 日立荧光分布成像系统能够同时获取样品图像和光谱信息，从而实现精细化测量，此次实验测定了复合荧光材料的量子产率分布。 2. 应用数据 2.1 附件介绍荧光分布成像系统是荧光分光光度计的新附件，包含软件和硬件两部分。入射光通过附件中的积分球均匀照射到样品，通过荧光分光光度计的检测器获取荧光光谱，利用积分球下方的CMOS相机同时获取样品荧光和反射图像。图1 荧光分布成像系统安装示例利用样品的反射图像计算出吸收量，利用荧光图像计算出荧光量，从而计算得到量子产率分布图像。 图2 量子产率分布图像计算过程 2.2 实验部分 实验材料 样品：复合荧光材料 测量设备：日立F-7100，荧光分布成像系统 结果与分析使用日立F-7100测定样品的三维荧光光谱，通过荧光分布成像系统的分析软件对样品三维荧光光谱进行平行因子分析（PARAFAC），得到如图两种成分。图3 样品的三维荧光光谱 通过荧光分布成像系统中的智能光谱算法，将拍摄的样品图像分离为反射成分图像和荧光成分图像，如图所示。图4 样品的拍摄图像和反射、荧光图像在荧光分布成像系统软件中，可以将不同激发波长下样品的图像信息保存为如下缩略图，直接用于文档中。图5 不同激发波长下的样品图像（缩略图）对获得的样品荧光图像和反射图像进行分区，如下图将样品测量区域分成5x5的格子，选取不同的格子，坐标系中便显示对应的光谱。图中选取的两个位置分别对应平行因子分离出的成分1和成分2。图6 样品的荧光图像和荧光光谱图7 样品的反射图像和反射光谱基于以上样品的荧光图像和反射图像，软件自动计算出对应的量子产率分布图像，如下图，通过点击图像中不同的区域，可以获得对应的量子产率曲线。图8 量子产率分布和不同激发波长的量子产率因此使用荧光分布成像系统将样品在不同激发波长下的拍摄图像分离为反射图像和荧光图像，可以计算出影响荧光材料发光效率的量子产率分布图，样品中黄色区域的量子产率约60%，红色区域的量子产率约35%。 3. 总结 荧光分布成像系统是日立首创的全新技术，与日立超高扫描速度的荧光分光光度计联用，助力客户实现更精细化的荧光分析。拨打电话400 630 5821，获取更多信息！

近年来在电机和电子领域，不断开发出使用有机电致发光（EL）的显示器和照明设备等产品。在有机EL的开发过程中，需要通过光致发光（PL）对新合成物质的光学特性进行确认。这样可以帮助我们找到高效的发光材料，以及研究材料在溶液中发光原理。通过这个过程，以开发符合要求的光色调、满足节能和高效发光等要求的有机EL材料。在检测有机EL材料时，必须在较宽的波长范围内迅速且准确地测定荧光波长。 本次分析在韩国浦项科技大学基础科学研究院（POSTECH：Pohang University of Science and Technology）的协助下，我们使用岛津荧光分光光度计RF-6000对有机EL材料之一的卟啉溶液（溶剂：三氯甲烷）进行了测定。在各种有机EL材料的开发过程中，要求能够在更高灵敏度和更大范围内进行光谱观测。RF-6000不仅能够迅速准确地进行三维测定，还能够进行高达900nm的高灵敏度光谱测定。并且，还可使用选购件积分球测定量子效率（绝对量子产率）。综上所述，使用荧光分光光度计RF-6000可有效对有机EL材料的三维光谱及荧光光谱进行确认。本文向您介绍详细的分析示例 荧光分光光度计RF-6000 了解详情，敬请点击《有机电致发光材料的荧光测定》