有机给受体荧光材料电荷转移态特性的高压调控

The luminescence behavior and the excited states of fluorescent molecular have intrinsic connection. At present, the research of excited state (change of temperature and solvent polarity) cannot avoid the interference of factors, such as volume and solvent dynamics. Moreover, there are great limitations to the aggregation state of the final application. Because the researches are mainly focus on the single molecular system in solution. Here, the use of static high pressure experimental technology is proposed to control the charge transfer process in the excited state of the aggregation state. More importantly, the ultrafast spectroscopy technology is combined with the static high-pressure technology to reveal the varied excited states. The evolution of molecular conformation and the charge distribution of the organic donor-acceptor fluorescent compounds based on phenanthro-imidazole and anthracene groups are studied. It is expected to have an in-depth understand of new mechanism for intramolecular charge transfer and provide a feasible molecular design strategy for developing high performance of electroluminescent materials.

有机荧光分子发光行为与其激发态特性存在本质联系。目前激发态的研究方法（改变温度和溶剂极性）无法避免体积变化和溶剂动力学等因素的干扰，且多针对于溶液状态下的单分子体系，用来解释最终应用的聚集态下的机制具有很大的局限性。本项目提出使用静高压技术调控聚集态下分子内电荷转移特性的方法，并率先将超快光谱诊断技术与静高压技术结合起来，捕捉高压下电荷转移瞬态物种特征光谱。研究基于菲并咪唑和蒽基团的有机给受体荧光分子激发态各态间的相互作用，揭示其分子内电荷转移动力学过程，理清光性能和结构演变规律，旨在建立结构-性能模型，反馈分子设计，指导制备高性能的荧光材料和器件。

经过一系列给受体分子的设计和合成，我们选取了其中一种具有分子内电荷转移的特殊有机小分子发光材料（PTZ-PIM）作为主要研究对象。它以菲并咪唑基团和吩噻嗪基团作为给受体的构筑单元，具有罕见的双荧光发射特性，并表现出优异的热学性质。我们系统深入的研究了其稳态下的光物理特性，明确其是因为分子内给受体间存在较大的角度（80度），导致在溶剂环境下局域态和电荷转移（CT）态共存，且CT态表现出随溶剂极性、温度等变化的趋势。但奇妙的是，双荧光特性并没有在固态粉末中体现，而是完全发生了电荷转移。基于对稳态光学特性的认识，我们通过时间相关单光子计数光谱（TCSPC）、瞬态吸收光谱和瞬态光栅对材料的瞬态发光特性进行分析。进一步确定了PTZ-PIM吸收光谱中的多组分光物理动力学过程的存在，且动力学过程在6 Ps-600 Ps时间尺度内表现出吸收值的相对变化，表示存在不同能态间的转化。利用静高压DAC技术，我们研究了材料在0-10 GPa范围内的发光特性。在此范围内，材料出现随压力增加禁带变窄，未发生相变且完全可逆。最后，我们利用此独特的分子内电荷转移材料制备了有机发光器件。该工作设计合成了一种新型的双荧光材料PTZ-PIM，利用稳态、瞬态、静高压技术相结合的手段，系统研究了其特殊的PTZ-PIM光物理过程，为研究双荧光分子内电荷转移材料的动力学提供了有力支撑。