Organische Materialien mit Raumtemperatur-Phosphoreszenz (RTP)-Emission haben aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften, einschließlich langer Lebensdauer, großer Stokes-Verschiebung, Reaktionsfähigkeit auf Stimuli usw., große Aufmerksamkeit auf sich gezogen und zeigen glänzende Aussichten auf weiten Gebieten. Die Energie des angeregten Zustands organischer Leuchtstoffe wird jedoch leicht durch Wärmestrahlung und Kollisionsdeaktivierung verbraucht.
Daher werden zahlreiche Designstrategien wie die Schaffung einer starren Umgebung durch Kristallisation und supramolekulare Anordnung eingesetzt, um die Lumineszenzeigenschaften von RTP-Materialien zu verbessern, indem nichtstrahlende Übergänge eingeschränkt, Intersystem-Crossing verbessert werden und so weiter.
Ein Team von Wissenschaftlern fasst die jüngsten Fortschritte bei organischen RTP-Materialien aus der Perspektive praktischer Anwendungen zusammen, darunter Lumineszenz und Anzeige, Umwelterkennung und Bioimaging. Basierend auf ihren Arbeiten werden die Anforderungen an organische RTP-Materialien für unterschiedliche Anwendungen zusammengefasst, was Erleuchtung für die zukünftige Anwendungsforschung von RTP-Materialien bringen kann. Diese Rezension wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Industrielle Chemie & Materialien.
Organische lichtemittierende Dioden (OLEDs) haben kürzlich eine hervorragende Leistung auf Anzeigebildschirmen gezeigt, während nur 25 % der Singulett-Exzitonen in fluoreszierenden Materialien verwendet werden können, um Licht zu emittieren. Daher macht das Ernten von Singulett-Exzitonen und Triplex-Exzitonen zum Erreichen einer theoretischen internen Quanteneffizienz von 100 % phosphoreszierende Materialien attraktiv.
„Einschlägige wissenschaftliche Forscher haben viele organische Leuchtdioden auf der Basis von RTP mit hoher externer Quanteneffizienz entwickelt, indem sie verschiedene Strategien angewendet haben, was die theoretische Grenze von 5 % für typische fluoreszierende Materialien weit überschreitet“, sagte Ma, Professor an der East China University of Science und Technologie, China.
Aufgrund der UV-Bestrahlung und der unterschiedlichen Lebensdauer der RTP-Emission ist der Fälschungsschutz oder die Datenverschlüsselung auf der Grundlage von RTP-Materialien zu einer gängigen und beliebten Anwendung geworden. Neben dem einfachen Fälschungsschutz und der Datenverschlüsselung basierend auf dem Ein-Aus-Schalten von UV-Licht bieten die unterschiedlichen Lebensdauern von RTP-Materialien eine praktikable Möglichkeit, mehrere Fälschungsschutz- oder Datenverschlüsselungen durch den Einsatz von Zeitauflösungstechniken zu realisieren.
Außerdem ist das auf Chemikalien ansprechende RTP auch ein potenzielles Mittel, um eine mehrfache Fälschungssicherheit zu realisieren. Zusätzlich zu den oben genannten Anwendungen wurden RTP-Materialien aufgrund ihrer einzigartigen Leuchteigenschaften auch für zwei seltene, aber aussagekräftige Anwendungen untersucht, das Drucken und die Visualisierung latenter Fingerabdrücke.
„Wie wir alle wissen, beeinflussen viele Faktoren die Lumineszenzeigenschaften von RTP-Materialien, wie Sauerstoff, Temperatur und so weiter“, sagte Ma. „Chemiesensoren auf Basis von RTP sind also auch eine unverzichtbare Forschungsrichtung, die praktische Anwendungen in der Umweltdetektion hervorbringen kann.“
Die Spin-Triplett-Eigenschaft von Grundzustandssauerstoff macht es O2 leicht, die Triplett-Exzitonen von RTP-Materialien zu löschen, was RTP-Materialien zu idealen Kandidaten für die O2-Detektion macht. Im Allgemeinen können sowohl die abnehmende Phosphoreszenzintensität als auch die Lebensdauer genutzt werden, um einen quantitativen Nachweis von Sauerstoff zu realisieren.
Die Temperatur ist auch ein signifikanter externer Umgebungsfaktor, der die RTP-Emission beeinflusst, da die hohe Temperatur den strahlungslosen Übergang verstärkt, und daher werden die entsprechenden RTP-Materialien für die Temperaturerfassung entwickelt. Darüber hinaus macht der Löscheffekt kleiner organischer Moleküle auf die RTP-Emission chemische Sensoren auf der Basis von RTP-Materialien möglich.
Optische Bildgebung spielt eine wichtige Rolle in der biomedizinischen und klinischen Forschung. Verglichen mit Fluoreszenz hat RTP eine längere Lebensdauer bei einer längeren Wellenlänge, was vorteilhaft ist, um Fluoreszenzhintergrundinterferenzen und Streulicht zu eliminieren und ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SBR) zu erzielen. Obwohl RTP-Materialien viele Vorteile in der biologischen Bildgebung haben, behindern strahlungsloser Zerfall und Quencher in wässrigen Lösungen ernsthaft ihre praktische Anwendung.
Die Forscher schlugen innovativ eine supramolekulare Selbstorganisationsstrategie und eine Top-down-Nanopartikelformulierung vor, um eine stabile Phosphoreszenz bei Raumtemperatur in einer wässrigen Lösung zu erreichen. Daher konstruierten die Forscher nicht nur erfolgreich phosphoreszierende Materialien im nahen Infrarot mit hoher Auflösung und tiefem Eindringen, sondern entwickelten auch RTP-Materialien mit langwelliger Anregung und phosphoreszierender Emission gleichzeitig, wodurch die Schädigung von Organismen durch ultraviolettes Licht effektiv vermieden wird.
Diese Arbeiten zeigen einen enormen potenziellen Anwendungswert in der biologischen Bildgebung.
Obwohl organische, bei Raumtemperatur phosphoreszierende Materialien, die mit unterschiedlichen Strategien konstruiert wurden, aufgrund unterschiedlicher Lumineszenzeigenschaften in verschiedenen Bereichen weit verbreitet sind, gibt es immer noch einen riesigen Forschungsraum, um exzellentere angewandte RTP-Materialien herzustellen. Daher erörtert das Team auch, wie die Herausforderungen und die Perspektive phosphoreszierender Materialien überwunden werden können.
Um effiziente organische Leuchtdioden zu erhalten, müssen phosphoreszierende Materialien die Eigenschaften hoher Quantenausbeute und kurzer Lebensdauer erfüllen, während RTP-Materialien für Fälschungsschutz und Verschlüsselung oft satte leuchtende Farben erfordern und bei UV-Anregung anders funktionieren. Und die Anwendung in der biologischen Bildgebung erfordert, dass RTP-Materialien längere Wellenlängen und eine längere Lebensdauer haben, um Fluoreszenzhintergrundinterferenzen zu eliminieren und ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen.
Darüber hinaus soll der Anwendungsbereich aufgrund der außergewöhnlichen optischen Eigenschaften von RTP-Materialien erweitert werden. Die weitere Erforschung von RTP-Materialien wird nicht nur zu einem tieferen Verständnis der Photolumineszenz beitragen, sondern auch die praktische Anwendung von photoelektrischen Funktionsmaterialien in unserem Leben fördern.
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Mengxing Ji et al, Jüngste Fortschritte bei der Anwendung organischer bei Raumtemperatur phosphoreszierender Materialien, Industrielle Chemie & Materialien (2023). DOI: 10.1039/D3IM00004D
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