有机发光晶体的超分子调控及功能

Organic luminescent crystals have been regarded as the promising candidates for organic solid state lasers due to their high stability, long-range ordering and unique optical properties, and the relevant research is at the cutting edge of modern science. Key breakthrough needs to be made to achieve the desired functionality and performance by manipulating molecular structure and aggregation construction in ordered multi-scale and establishing relationships between structures and behaviors of the materials. Therefore, we present the proposal intending to carry out a series of basic research in organic luminescent crystals based on butterfly-like twisted molecules. Supramolecular chemistry will be taken to optimize the aggregating structure of molecules, eventually understanding the relationship between structure and properties at the view of molecular and supramolecular levels. This is of great importance to explore efficient organic luminescent crystals in the field of organic solid state laser and develop controlled fabrication technique of materials with promising prospect in applications.

有机发光晶体因其具有高的稳定性、结构上的有序性以及独特的光学特性，是极具应用潜力的新一代有机光电功能材料，已成为国际上研究的前沿领域。然而，有机发光晶体材料正处于寻求关键突破的时期，如何实现从分子结构到聚集态结构的调控，在多尺度下构筑多维有序结构，建立结构与性能的关系，进而实现材料的预期功能与性能，对于发展高性能有机光电功能材料具有重要意义。为此，本项目拟在有机发光晶体材料方面开展一系列基础研究，以“蝴蝶状”扭曲分子体系为基础，利用超分子手段实现对分子聚集态的有效调控，在分子和超分子层面上认识和理解结构与性能的关系，探索高效有机发光晶体在有机固体激光方面的应用，开发具有重要应用前景的有机发光晶体材料及可控制备技术。

有机发光晶体因其具有高的稳定性、结构上的有序性以及独特的光学特性等特点在有机光电功能材料领域具有广阔的应用前景。然而，在该领域，人们追求的目标是在分子水平上进行材料的构筑，阐明结构与性能的关系，实现对结构的有效调控，获得高性能的材料或器件。本项目以开发了系列具有高固态发光效率的有机小分子，系统的考察了这类材料的光物理性质，深入研究了这类分子结构、聚集态结构与其发光特性之间的关系，为理解和改善材料发光性能奠定了良好的基础。值得一提的是，我们基于螺吡喃功能化的二苯乙烯基蒽衍生物构建了一个具有独特可逆性吸收/发光调制能力的高效固态光控开关，优异的光致变色特性使其在防伪油墨和超分辨率成像试剂方面具有较好应用。之后，通过设计蝴蝶状的分子，实现了有机发光材料激子理论上最有利于发光的偶极交叉堆积结构。这种“蝴蝶型”分子同时兼具优异的光学和电学性质，使人们看到了实现有机固体激光的曙光。通过分子设计、结构修饰以及聚集态调控等方面的优化，我们获得阈值为8 kW cm-2和较高的光学增益，可达70 cm-1，为目前报道有机晶体的最好结果之一。该晶体的空穴迁移率最高可达1 cm2 V-1 s-1。项目执行期间，发表高水平SCI论文19篇，授权中国发明专利两项。