有機室溫磷光材料因其在智能防偽、生物成像、化學傳感、信息加密等領域的廣闊應用前景，近年來已成為化學和材料科學領域的前沿課題之一。目前，科研人員通過共結晶、主客體摻雜等策略已經在固體狀態(tài)下實現(xiàn)了純有機化合物的高效室溫磷光發(fā)射。然而，在溶液狀態(tài)下，特別是在水溶液狀態(tài)下，實現(xiàn)有機室溫磷光發(fā)射仍是一個巨大的挑戰(zhàn)，這是因為水中溶解的氧氣以及分子運動引起的非輻射躍遷會顯著猝滅三線態(tài)激子。近年來，關于水溶液中有機室溫磷光材料的報道不斷增加，但是仍然有限，相關研究也缺乏系統(tǒng)綜述。
近日，復旦大學朱亮亮課題組綜述了水相有機室溫磷光的研究現(xiàn)狀，歸納評述了該領域近期的代表性研究成果，總結了開發(fā)水相有機室溫磷光的有效設計策略以及水相有機室溫磷光在生物成像和傳感方面的應用。此外，對材料的設計和應用提出了具體的觀點，同時也對該領域現(xiàn)存的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展進行了討論。
作者首先基于磷光機理討論了實現(xiàn)水相室溫磷光所面臨的問題。1、對于純有機分子而言，其單線態(tài)到三線態(tài)的系間竄越效率（ISC）很低而且自旋軌道耦合很弱(SOC)；2、分子在水中的振動和旋轉會打開非輻射通道，導致磷光淬滅，而且水中溶解的氧氣也會淬滅三線態(tài)激子。針對以上問題，研究人員通過在有機分子中引入重/雜原子以促進系間竄越效率，然后通過分子自組裝等策略構建一個相對剛性的微環(huán)境以限制非輻射躍遷，從而實現(xiàn)水溶液中高效的室溫磷光發(fā)射。
作者總結了兩種實現(xiàn)水相室溫磷光的高效策略：磷光分子納米粒子化以及大環(huán)超分子自組裝。由于大多數有機分子在水溶液中很難溶解，其在水溶液中會自組裝形成納米粒子。對于磷光分子而言，重/雜原子的引入有效地促進了系間竄越，而其在水中形成納米粒子后又可以提供剛性的微環(huán)境，抑制分子非輻射躍遷，從而實現(xiàn)水溶液中的室溫磷光發(fā)射。此外，葫蘆脲等具有剛性結構的大環(huán)主體分子在水溶液中可以與客體分子形成穩(wěn)定有序的組裝體，主客體分子之間的相互作用可以顯著限制客體分子振動，抑制非輻射躍遷并且避免氧猝滅效應，從而實現(xiàn)高效的室溫磷光發(fā)射。
作者緊接著介紹了水相有機室溫磷光在生物成像和傳感領域的應用。有機室溫磷光材料因其低毒性、長壽命以及大的stokes位移等優(yōu)點，在生物成像領域具有極大地應用前景。作者結合具體的文獻，介紹了在水溶液中具有室溫磷光發(fā)射的材料在細胞成像、時間分辨成像以及活體成像方面的應用。此外，有機室溫磷光材料在傳感領域也具有廣闊的應用前景。與熒光傳感器相比，磷光傳感具有大stokes位移、高靈敏度、高信噪比等優(yōu)勢。作者分別介紹了水相室溫磷光在氧氣檢測、抗生素檢測以及金屬離子檢測方面的具體應用。
全文信息：Hao Sun, Liangliang Zhu*, Achieving purely organic room temperature phosphorescence in aqueous solution,Aggregate 2022, DOI: 10.1002/agt2.253
鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.253
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