Achieving Colorful Ultralong Organic Room-Temperature Phosphorescence by Precise Modification of Nitrogen Atoms on Phosphorescence Units

磷光 光化学 材料科学 系统间交叉 化学 荧光 有机化学 激发态 单重态 原子物理学 物理 光学
作者
Huiwen Jin,Xue Zhang,Jiaxin Ma,Lijuan Bu,Chen Qian,Zewei Li,Yan Guan,Mingxing Chen,Zhimin Ma,Zhiyong Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (47): 54732-54742 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.3c14054
摘要

We successfully tune ultralong organic room-temperature phosphorescence (UORTP) by a simple strategy of precisely modifying nitrogen atoms on Phosphorescence Units, and colorful ultralong phosphorescence can be achieved. We for the first time investigate the structure-function relationship between phosphorescence properties and molecular structures of Phosphorescence Units. With BCz and BCz-1 as comparison, eight new Phosphorescence Units were synthesized by introducing one or two nitrogen atoms to the naphthalene moiety. For all the 10 Phosphorescence Units, their room-temperature ultralong phosphorescence in the PMMA film should be assigned to monomer phosphorescence from intrinsic T1 decay. For Phosphorescence Units series I (BCz, NBCz-1, NBCz-2, NBCz-3, NBCz-4, NBCz-5, and NBCz-6), introducing one nitrogen atom to the naphthalene moiety can significantly affect the phosphorescence properties of Phosphorescence Units, and the effect is quite complicated. For modification on the inner ring, the T1 energy level of NBCz-1 decreases, and the red shift of UORTP occurs while the T1 energy level of NBCz-2 increases and the blue shift of UORTP happens. For modification on the outer ring, no phosphorescence color change is observed for NBCz-3 and NBCz-4, but their phosphorescence lifetimes vary notably due to different intersystem crossing efficiencies; as the modification site approaches the central five-member ring, the T1 energy levels of NBCz-5 and NBCz-6 decrease, and their UORTP red shifts dramatically. For Phosphorescence Units series II (BCz, 2NBCz, BCz-1, and 2NBCz-1), introducing two nitrogen atoms to the outer six-member ring reduces energy level of T1 excitons and leads to incredible red shift of UORTP for BCz and 2NBCz while surprisingly energy levels of T1 excitons rise and UORTP blue shifts for BCz-1 and 2NBCz-1. Under the condition of proper modification sites, it is true that the more the additional nitrogen atoms, the more red-shifted the ultralong phosphorescence. This study may expand our knowledge of organic phosphorescence and lay the foundation for its future applications.
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