客体异构化对主客体型有机掺杂晶体余辉颜色的影响

doi:10.7503/cjcu20220771

摘要/Abstract

摘要：

通过磁力搅拌分别使客体材料苯并蒽(BA)与苯并菲(BPT)两种同分异构体均匀地混合在熔融的主体材料4,4′-二甲基二苯甲酮(2MBP)中, 构建了两种主客体掺杂型晶体材料2MBP∶BA及2MBP∶BPT. 研究发现, 由于主客体之间的Förster能量转移性能差异, 两种晶体呈现出明显的余辉颜色不同. 通过客体分子结构的改变, 实现了从绿色余辉向红色余辉的转变, 并获得了时间长达2 s的深红色余辉(2MBP∶BA). 利用余辉颜色的差异, 构建了一种新颖的基于ASCII二进制码的双色微阵列用于信息加密, 体现出此类长余辉材料的独特性能优势.

关键词: 红色有机长余辉, 同分异构体, 主客体掺杂, F?rster共振能量转移, 信息保护

Abstract:

High-performance organic long-persistent luminescence materials（OLPLMs） have potential applications in information storage， anti-counterfeiting， photodynamic therapy， etc. However， due to the limitation of the energy gap law， there are few studies on preparation of red afterglow materials. Herein， two kinds of host-guest doped-crystals 2MBP∶BA and 2MBP∶BPT were constructed by mixing the two isomers of benzanthracene（BA） and triphenylene（BPT） into the molten host material 4，4′- dimethylbenzophenone（2MBP） through magnetic stirring， respectively. Taking advantage of the difference of both doped-crystals in Förster energy transfer between the host and guest， the distinct afterglow colors were exhibited. By changing the structure of the guest molecule， the transition from green afterglow to red afterglow was realized， and a deep red afterglow（2MBP∶BA） lasting for 2 s was obtained. Moreover， utilizing the difference of afterglow color， a novel two-color microarray based on ASCII binary code was constructed for information encryption， reflecting the unique performance advantages of this kind of OLPLMs.

Key words: Red organic long-persistent luminescence, Isomer, Host-guest doping, F?rster resonance energy transfer, Information protection

中图分类号:

O641.3

TrendMD:

毛嘉懿, 冯文慧, 汪天洋. 客体异构化对主客体型有机掺杂晶体余辉颜色的影响. 高等学校化学学报, 2023, 44(6): 20220771.

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图/表 13

Fig.1 Chemical structures of BA, BPT and 2MBP(A), the LPL photographs under ambient conditions of the doped⁃crystals 2MBP∶BA and 2MBP∶BPT(λex=365 nm)(B)

Fig.2 Semi⁃logarithmic plot of the emission decay profile of the doped⁃crystals 2MBP∶BA(A) and 2MBP∶BPT(B)Excitation: 365 nm; excitation time: 10 s; sample temperature: 300 K.

Fig.3 XRD patterns of 2MBP(A), BA(B), BPT(C) and the crystals 2MBP∶BA(D), 2MBP∶BPT(E)

Fig.4 Microscopic images of 2MBP∶BA(A) and 2MBP∶BPT(B) by using a fluorescence microscope

Fig.5 TGA curves of BA, BPT, 2MBP, 2MBP∶BA and 2MBP∶BPT

Fig.6 DSC curves of BA(A), BPT(B), 2MBP(C), 2MBP∶BA(D) and 2MBP∶BPT(E)

Fig.7 UV⁃Vis absorption(black) spectra, fluorescence(red), phosphorescence(pink) and LPL(blue) emission spectra of BA crystals(A), BPT crystals(B), 2MBP crystals(C), 2MBP∶BA doped⁃crystals(D), 2MBP∶BPT doped⁃crystals(E)(λex=365 nm) measured at room temperature

Fig.8 Electrochemical curves of BA(A), BPT(B) and 2MBP(C) in 5×10-4 mol/L dichloromethane

Fig.9 Frontier molecular orbitals of BA, BPT and 2MBP calculated using B3LYP/6⁃31G(d, p) in dichloromethane(Gaussian 16 package)

Fig.10 Fluorescence(A) and phosphorescence(B) emission decay spectra of the doped⁃crystals 2MBP∶BA(excitation: 365 nm), fluorescence(C) and phosphorescence(D) emission decay spectra of the doped⁃crystals 2MBP∶BPT(λex=365 nm)

Table 1 Frontier orbital energies(HOMO, LUMO) and some energy level data upon excitation for BA, BPT and 2MBP

Sample	E_HOMO^a /eV	E_LUMO^b /eV	λ_{max， abs.}/nm	λ_{max， fl.}/nm	E（S₁） ^c /eV	λ_{max，1，ph.}/nm	E（T₁） ^d /eV	λ_{max，2，ph.}/nm	E（T₂） ^d /eV
BA	-6.1	-3.6	385	528	2.7	600	2.1	530	2.3
BPT	-6.3	-3.2	357	387	3.3	520	2.4	410	3.0
2MBP	-5.5	-2.3	356	448	3.1	450	2.8

Fig.11 Förster resonance energy transfer(FRET) processes of the doped⁃crystals 2MBP∶BA and 2MBP∶BPT upon 365 nm excitationThe measurement of energies is exhibited in Table 1.

Fig.12 Photographs of LPL of the printing “apple” pattern based on 2MBP∶BA and 2MBP∶BPT crystals(A), different codes of the doped⁃crystals 2MBP∶BA and 2MBP∶BPT upon 365 nm excitation under different time(B), the illustration of multilevel information encryption based on different LPL colors of 2MBP∶BA and 2MBP∶BPT(C)

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