【Light】港中深唐本忠院士、天津大学李振教授等|非晶态有机体系中长效空气稳定长余辉发光的新平台：余辉持续时间达7154.3秒、PLQY达23.01%并实现室温圆偏振余辉#

文章标题：A new platform for achieving long-term air-stable long persistent luminescence in amorphous organic system
文章作者：Zhenjiang Liu, Yunshu Meng, Zhihe Chi, Jia Ren, Ziang Song, Hui Zhang, Yu Tian, Yunsheng Wang, Jiaqiang Wang, Dan Li, Manman Fang, Zheng Zhao, Jie Yang, Ben Zhong Tang & Zhen Li
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02367-6

第一部分：研究动因#

有机长余辉发光（OLPL）材料在时间分辨生物成像和能量存储等领域展现出巨大的应用潜力，吸引了广泛的研究关注。然而，实现小时级的OLPL、特别是兼具空气稳定性的长余辉发光，长期以来一直是一项重大挑战，因为纯有机体系中高度局域且不稳定的激子极易发生氧气光反应与能量传递猝灭。尽管前人通过引入电子供体与受体构建非晶态掺杂体系取得了一定突破，但无论采用薄膜技术、颜色调控还是聚合物工程，非晶体系中长寿命三重态激子与氧气分子之间的相互作用均难以避免，导致其在暴露于空气时性能显著衰减（余辉持续时间通常缩短一个数量级以上）。虽然结晶或致密聚合物基质可在一定程度上限制氧气扩散，但往往伴随加工性能差或结构不确定性等固有缺陷。因此，本文旨在开发一种兼具晶体与聚合物优势的新型非晶态分子网络平台，通过引入柔性磷光供体作为主体、能够形成稳定自由基阴离子的电子受体作为客体，以克服传统非晶体系不耐氧气的性能瓶颈，实现长效、空气稳定的有机长余辉发光，为拓展其实际应用提供重要的科学价值。

Fig. 1: New platform for air-stable OLPL.#

第二部分：研究实施方案与关键实验结果#

本研究提出了一种刚柔并济的分子网络平台，整体技术路线以磷光供体和电子受体的共混熔融体系为核心。首先，创新性地选择带有长烷基链桥连双π单元的吩噻嗪5,5-二氧化物衍生物（2PtzO-nC，n=5-8） 作为主体材料（首次将双边柔性磷光供体用于构建空气稳定OLPL体系）。在此分子设计中，长烷基链充当柔性骨架以增强形态适应性和成膜加工性，而双边π单元则通过分子间致密的π-π堆积形成长寿命的三重态激子稳定结构，完美融合了晶体对激子的稳定作用与聚合物的加工优势。其次，引入能够形成稳定自由基阴离子的化合物（如 TCB 等）作为电子受体客体，通过熔融共混形成给体-受体（D-A）静态激电复合物（Exciplex）。在光照激发后，系统遵循p型电荷扩散机制：电子从供体的HOMO激发至LUMO并转移至受体形成稳定自由基阴离子，随后空穴在供体分子间通过电荷跳跃进行长距离扩散，当扩散的空穴接近自由基阴离子时发生复合，从而释放出长效余辉发光。

Fig. 2: The OLPL behaviors for 2PtzO-7C + TCB system.#

Fig. 3: Mechanism of air-stable OLPL effect.#

在实验验证方面，所有化合物均经过高效液相色谱（HPLC）严格纯化与高纯度确认。实验采用熔融浇铸法制备尺寸为 0.5 × 0.5 cm、厚度约 1.3 mm 的共混薄膜（如 2PtzO-7C 与 TCB 质量比为 100<1> 的体系），在大气环境下进行光物理测试。测试仪器包括 Hitachi F-4600 荧光分光光度计、FLS1000 光谱仪、ESR 光谱仪及 UPS/CV 电化学工作站等。基线对照包括不同烷基链长度的主体（如单边 PtzO-3C/4C 与双边 2PtzO-5C~8C 对比）、不同受体客体（BTCN、TPN、TFTPN、TCTPN 等）以及传统PMMA基质。评价指标主要包括余辉持续时间（ $t$ ，定义为发光强度降至 1 时的测定时间）、光致发光量子产率（PLQY）、电子自旋共振（ESR）信号强度及圆偏振发光不对称因子（ $\vert{}g_{\text{lum}}\vert{}$ ）。

Fig. 4: Tunable OLPL lifetimes with the regulation of guests.#

关键实验结果表明：以 2PtzO-7C + TCB（100<1>） 体系为例，在空气中经 365 nm 紫外光激发后，其黄绿色余辉发光（555 nm）可持续长达 7154.3秒（约2小时），光致发光量子产率（PLQY）达到 23.01%，且其余辉衰减曲线符合德拜-爱德华兹定律（ $t^{-m}$ ，其中 $m = 1.01$ ）。令人瞩目的是，该体系在空气中储存长达 1 个月后，在去除紫外光 1 小时后仍能检测到明显的余辉发光；甚至在空气中储存 1 年后，仍能检测到持续时间达 186秒 的余辉，创造了有机长余辉发光空气稳定性的纪录。此外，通过增强受体分子的吸电子能力或调节客体掺杂浓度（从 1000<1> 调至 20<1>），实现了余辉持续时间（1.6 ~ 7154.3秒）与发射颜色（500 ~ 680 nm）的宽域调控。同时，通过向吩噻嗪 5,5-二氧化物核心引入非芳香族手性取代基，成功首次获得了空气稳定的圆偏振有机长余辉发光（CP-OLPL），其 CPL 光谱与余辉带高度吻合，不对称因子 $\vert{}g_{\text{lum}}\vert{}$ 约为 $0.58 \times 10^{-3}$ （在 540 nm 处）。

Fig. 5: Tunable OLPL colors with doping concentrations of guest molecule.#

Fig. 6: Air-stable circularly polarized OLPL.#

第三部分：创新与提升#

本文的核心创新点在于首次开发了基于双边柔性磷光供体与可形成稳定自由基阴离子受体的非晶态分子网络平台，成功突破了传统有机长余辉发光（OLPL）材料在空气中极易发生氧气猝灭的性能禁区。通过结合长烷基链的柔性成膜性与双边π单元致密堆积的激子稳定机制，该体系在完全非晶态/长程无序骨架下实现了空气中超过2小时（7154.3秒）的超长余辉发光，并在空气暴露1个月后仍能保持1小时余辉、储存1年后仍具186秒余辉，其空气稳定性达到国际领先水平。与此同时，该研究不仅有效回应了第一部分中指出的大气氧气猝灭与非晶体系发光寿命骤降的核心痛点，还通过客体工程与手性基团引入，实现了 1.6 ~ 7154.3 秒的超宽持续时间调节、500 ~ 680 nm 的多色余辉调控以及空气稳定的圆偏振长余辉发光（CP-OLPL）。作者在文中也指出，当前CP-OLPL体系的手性发光不对称因子（ $\vert{}g_{\text{lum}}\vert{}$ ）仍有待进一步提升，未来可通过引入具轴手性特征的主客体分子进行定向优化，这为高性能、可加工的智能光电材料开发奠定了坚实基础。

【Light】港中深唐本忠院士、天津大学李振教授等|非晶态有机体系中长效空气稳定长余辉发光的新平台：余辉持续时间达7154.3秒、PLQY达23.01%并实现室温圆偏振余辉