Efficient room-temperature phosphorescence of covalent organic frameworks through covalent halogen doping

磷光 卤素 化学 兴奋剂 共价键 光化学 纳米技术 组合化学 荧光 光电子学 材料科学 有机化学 物理 量子力学 烷基
作者
Ehsan Hamzehpoor,Cory Ruchlin,Yuze Tao,Chenghao Liu,Hatem M. Titi,Dmitrii F. Perepichka
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 83-90 被引量:241
标识
DOI:10.1038/s41557-022-01070-4
摘要

Organic room-temperature phosphorescence, a spin-forbidden radiative process, has emerged as an interesting but rare phenomenon with multiple potential applications in optoelectronic devices, biosensing and anticounterfeiting. Covalent organic frameworks (COFs) with accessible nanoscale porosity and precisely engineered topology can offer unique benefits in the design of phosphorescent materials, but these are presently unexplored. Here, we report an approach of covalent doping, whereby a COF is synthesized by copolymerization of halogenated and unsubstituted phenyldiboronic acids, allowing for random distribution of functionalized units at varying ratios, yielding highly phosphorescent COFs. Such controlled halogen doping enhances the intersystem crossing while minimizing triplet–triplet annihilation by diluting the phosphors. The rigidity of the COF suppresses vibrational relaxation and allows a high phosphorescence quantum yield (ΦPhos ≤ 29%) at room temperature. The permanent porosity of the COFs and the combination of the singlet and triplet emitting channels enable a highly efficient COF-based oxygen sensor, with an ultra-wide dynamic detection range (~103–10−5 torr of partial oxygen pressure).
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