室温磷光（RTP）材料因其独特的发光现象，在发光显示、生物成像和信息加密等领域引起了广泛关注。得益于其操作简便、响应迅速等优势，这些材料被视为新型光电器件的关键组成部分。RTP材料的研发可总结为两类方向：一是通过创建稳定的电荷分离态，从而通过缓慢复合形成长时间的发光，该方法产生的余辉可达数分钟乃至数小时，但材料往往不稳定且发光效率较低；二是通过稳定三重态激子来实现磷光发射。然而，尽管许多研究者已通过重原子效应、H-聚集以及限域效应等策略开发了一系列室温磷光材料，成功实现明亮且超长室温磷光（URTP）材料依旧是一项极具挑战的任务。

图1 光致发光的Jablonski图和El-Sayed规则

针对这一挑战，武汉大学电子信息学院刘兴海教授团队使用一步微波法处理对苯硼酸（P2BA）等芳基硼酸和氰尿酸（CA），开发了一种全彩水性长余辉材料。如图2所示，由于客体分子与CA之间的氢键作用，该材料的三重态得到稳定，表现出优异的RTP特性，以P2BA@CA为例，在紫外灯熄灭50s后依然能观察到余辉现象，寿命长达7.96秒，同时具有18.8%的磷光量子产率（PHQY）。通过改变客体分子的共轭程度，研究团队成功实现了从深蓝色到橙红色的多色余辉发射，这种特性显著优于此前报道的材料。同时，得益于氢键作用，P2BA@CA在水中表现出更加明亮的余辉（图3），在50%含水量时PHQY达到最大值40.5%。这与传统的水淬灭RTP材料截然相反。如图4所示，团队通过密度泛函理论（DFT）计算研究了水增强磷光机理，并使用这种材料实现了油墨印刷和树脂模型的应用（图5）。

图2 多色长寿命磷光

图3 水增强现象

图4 IRI方法和SOC计算

图5 水性油墨印刷与成模

与一般的长余辉材料相比，本研究所涉及芳基硼酸@氰尿酸不仅拥有超长的寿命与高量子产率，还可通过调节共轭度改变材料余辉颜色。同时，氢键赋予材料随水含量增强的磷光，进一步扩大了其在水下等场景的应用潜力。研究团队表示，这项研究为开发高效、非常规环境的长余辉材料提供了全新策略。该成果以“Stable, Full-Color, Long-Lasting Aqueous Room-Temperature Phosphorescent Materials”为题发表在《Small》期刊上（Small. 2024, 2408303），文章第一作者是研究生唐兆润和曾健纹。

该工作是团队近期关于室温磷光材料相关研究的最新进展之一。磷光材料的实现方法往往限制着材料应用中的可迁移性。为此团队发展了光活化方法，借助碳点和基质的光交联作用，使得材料可通过简单模具进行光打印，大大拓展磷光发射的应用场景。

在2024年中，团队在调控室温磷光的量子产率、寿命和波长等方面取得了显著进展，团队采用分子工程策略制备了具有优异RTP性能的多色碳点复合材料（Adv. Optical Mater. 2024, 12, 2302820），使用双重刚性策略实现了长寿命蓝光发射（Adv. Sci. 2024, 2402632），通过碳点掺杂实现了时间分辨光活化材料（Chem. Eng. J. 2024, 502, 157819）

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202408303