近日，我院赵强教授、李炳祥教授与材料科学与工程学院马云教授、南京大学陆延青教授开展科研合作，在圆偏振有机磷光领域成功实现重要突破。相关成果以“Circularly Polarized Organic Ultralong Room-Temperature Phosphorescence with a High Dissymmetry Factor in Chiral Helical Superstructures”为题发表在国际学术期刊Advanced Materials（《先进材料》）上。我院为论文第一通讯单位，赵强教授、陆延青教授、李炳祥教授、马云教授为共同通讯作者，青年教师刘娇、博士生宋振鹏、博士后魏娟为论文的共同第一作者，研究生吴俊杰、博士生王梦竹和博士生李建港对本文亦有重要贡献。
具有长寿命的有机室温磷光聚合物（RTP）在光学信息领域具有较大应用潜力。传统实现圆偏振有机超长室温磷光的方法主要包括有机晶体聚集，将手性发色团嵌入聚合物骨架中，以及以高分子为主体、有机小分子为客体的方法。然而，这些方法所获得的圆偏振发光不对称因子通常在10-3到10-2之间 （图1a），因此实现具有较高圆偏振不对称因子有机超长室温磷光材料仍然存在挑战。
针对这一挑战，该工作通过将RTP掺杂到聚合的手性螺旋超结构（CHS）中，成功实现了圆偏振不对称因子为1.49和衰减时间为735毫秒的有机超长室温磷光体系。与之前报道的材料相比，该体系的圆偏振发光不对称因子提高了两个数量级。手性液晶作为一种刺激响应功能软物质，具有周期性的螺旋超结构，可以选择性地反射与自身手性相同的圆偏振光，是放大手性和产生高不对称因子的理想介质。然而液晶的松散结构不利于RTP分子三重态激子的稳定，所以直接将RTP分子掺杂到手性液晶中通常无法产生长寿命的磷光余晖。神奇的是，将具有长寿命的RTP共聚物与CHS结合得到的RTP-CHS体系，既可以产生长寿命的磷光余晖又具有较高不对称因子（图1b）。这个现象主要来源于两方面的原因：一方面，RTP聚合物链之间多重相互作用会极大地限制其分子运动，稳定了RTP分子的三重态激子，从而抑制非辐射弛豫路径；另一方面，RTP共聚物的嵌入并不破坏CHS完整的周期性结构，保证了该体系的手性放大。研究进一步表明，该体系具有优异的光热稳定性，可用于光通信中的信息加密。
图1. (a) 三种圆偏振有机超长室温磷光的传统实现方法；（b）该工作中圆偏振有机超长室温磷光的实现方法。
该研究将具有长寿命和高不对称因子的RTP与光学多路复用相结合，设计了一种信息加密装置（图2a-c）。该装置主要为含有右手手性剂R811和左手手性剂和S811的RTP-CHS薄膜（图2d）。薄膜在紫外光照射下具有相似的发射颜色，装置显示出蓝色的数字“8”、“8”、“8”和“8”。当紫外光源关闭时，由于RTP共聚物的持久磷光特性，只有绿色的数字“2”、“0”、“5”和“0”变得可见，这构成了信息加密的第一层。当关掉紫外灯光源并引入左旋圆偏振片时，只有含有R811的数字“2”和“0”变得可见，并呈现浅绿色，与图2b中的正圆偏振光（实线）相匹配；而将左旋圆偏振片替换成右旋圆偏振片时，只有含有S811的数字“5”和“0”能够被识别出来，与图2b中的负圆偏振光（虚线）相对应，从而构建了二级加密。这一研究将为光学多路复用、防伪和信息加密等领域带来潜在的应用。该成果为圆偏振有机超长室温磷光材料的开发和利用拓展了新思路，并有望在防伪和信息加密等领域取得突破性进展。
图2. 光可编程室温磷光聚合物-手性螺旋超结构薄膜的应用演示。
该工作得到国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家高层次青年人才项目、国家自然科学基金面上项目、江苏省科技前沿引领项目等的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202306834
