具有延迟荧光现象的新型纯有机发光材料的研究

The luminescent material for organic light emitting diodes (OLED) is currently based on iridium (Ir) complexes. Limited resource of the rare noble metal of Ir makes OLED not widely used in advanced displays and lighting due to high cost of the luminescent material. One of the important research fields of OLED is to develop pure organic luminescent material which will be easily available and cheap. In this proposal, one class of novel pure organic luminescent materials will be developed base on the fluorescein derivatives, which were found to exhibit strong delayed fluorescence in our study. Three kinds of coupling methods will be used to build these designed fluorescein derivatives. The luminescence mechanism of these fluorescein derivatives will be investigated by the study of their photophysics of excited states and relationships between their structures and spectral properties. Meanwhile, these fluorescein derivatives will be used as OLED luminescent materials for pursuing better lifetime. And they will also be used as fluorescence probes in biomedicine imaging application.

当前使用的电致发光材料主要是金属铱的络合物。受制于稀土贵金属的资源限制，成本很高，在照明和显示行业不能全面推广。开发纯有机发光材料，是当前研究领域的一个重要方向和热点。本项目拟基于荧光素类衍生物，开发一类全新纯有机发光材料。前期工作中发现这类荧光素衍生物有很强的延迟荧光现象，项目拟设计合成三种不同偶联方式的新型荧光素衍生物分子结构，通过对激发态光学性能的研究，探究此类染料的延迟荧光发光机制的构效关系。同时，试图改善延迟荧光电致发光材料的发光寿命问题，并拓展此类延迟荧光染料在生物医学荧光影像中的应用。

热激活延迟荧光染料最近在OLED发光材料展现了良好的应用前景，但当前延迟荧光染料的品种较少，结构性能关系和发光机制方面的研究比较滞后。本项目基于荧光素类衍生物，开发一类具有延迟荧光现象的全新发光分子和材料。项目在执行期一共设计合成了数十个新型荧光素衍生物分子，通过对其激发态光学性能的研究，探究了影响此类染料延迟荧光发光机制的结构性能关系，同时拓展此类延迟荧光染料在上转换发光中和在肿瘤诊疗一体化中的应用。项目在如下三个方面取得突出成果。一是，在发光机制的构效关系研究方面，通过引入羰基结构和噻吩结构，将延迟荧光的发光寿命从22微秒延长至52微秒；通过增强结构中的受体的吸电子能力，将最大发射波长从600纳米左右拓展到750纳米；通过纳米封装，获得在大气和水环境中9.33毫秒的长寿命热激活延迟荧光。二是，在发光材料应用研方面，利用延迟荧光染料的单重态与三重态的能隙较小的特点，构建了从红光到蓝光反斯托克斯位移207nm的上转换发光体系，上转换发射量子产率可以高达11.2%，远超过现有TADF类光敏剂在TTA上转换体系的应用效果。三是，在肿瘤诊断与光动力治疗一体化的应用方面，开发一例在微乏氧状态下可被硝基还原酶激活的诊疗一体化分子，和一例具有整合素靶向和线粒体靶向的双重靶向型诊疗一体化分子。项目执行期间发表SCI研究论文14篇，申请专利3项，其中授权专利2项。