有机材料红色 / 近红外室温磷光（RTP）研究：基于 N - 烷基二溴马来酰亚胺发光团构象刚性化

为解决有机材料实现高效红 / NIR RTP 的难题，研究人员开展 N - 烷基二溴马来酰亚胺（DBMI）相关研究。发现 C=O???Br 卤键和 π-π 堆积驱动分子有序堆积、构象刚性化，实现红 / NIR RTP，为相关材料设计提供新思路。

　　在生物成像、传感等领域，纯有机室温磷光（RTP）材料备受关注，但其红色 / 近红外（NIR）波段的高效发光一直是难题。有机分子自旋轨道耦合弱，三重态易受环境影响发生非辐射跃迁，且能量间隙越小，非辐射复合速率（k_nr）越快，这使得小分子构建的有限共轭体系实现红 / NIR RTP 更是难上加难。在此背景下，研究人员亟待开发新策略突破波长限制，提升材料发光效率。

为解决上述问题，国内研究人员（因文中基金为国家自然科学基金，推测为国内团队）设计合成了一系列 N - 烷基取代二溴马来酰亚胺（DBMI）衍生物，探究其在晶体状态下的发光机制，相关成果发表在《Dyes and Pigments》。该研究旨在揭示小分子共轭体系实现红 / NIR RTP 的关键因素，为超分子组装在发光材料中的应用提供理论依据。

研究主要采用的技术方法包括：通过柱层析和重结晶纯化化合物，利用¹H、¹³C 核磁共振（NMR）和高分辨质谱验证纯度，借助紫外激发下的光致发光（PL）光谱分析晶体发光性能，并通过热处理和研磨改变材料状态，对比研究分子间相互作用对发光的影响。

结果与讨论

研究合成了 N - 烷基取代 DBMI 衍生物，经纯化和表征确认结构正确。紫外激发下，各晶体均呈现橙黄色 PL，主峰位于 635-643 nm，显示出长波长发光特性。深入分析发现，分子间强 C=O???Br 卤键和 π-π 堆积作用共同驱动分子形成高度有序的平面堆积结构，诱导发光团簇构象刚性化。这种刚性环境有效抑制了振动和旋转导致的非辐射跃迁，同时增强了系间窜越（ISC），促进三重态激子的辐射复合，从而实现红 / NIR RTP。值得注意的是，不同烷基取代对卤键影响极小，表明该相互作用具有较强稳定性。当通过热处理或研磨破坏晶体结构形成无定形状态时，C=O???Br 卤键减弱，红色发光显著衰减，进一步验证了分子间相互作用对 RTP 的决定性作用。

结论

该研究成功开发了一类基于 DBMI 的红 / NIR RTP 晶体材料，证实 C=O???Br 卤键与 π-π 堆积的协同作用是实现长波长发光的关键。分子有序堆积和构象刚性化通过抑制非辐射跃迁、增强 ISC，有效提升了 RTP 效率。研究结果不仅揭示了小分子共轭体系实现红 / NIR RTP 的机制，还为利用超分子相互作用设计新型发光材料提供了新思路，拓展了卤键在超分子化学和光功能材料中的应用场景，为生物成像、防伪加密等领域的高性能 RTP 材料开发奠定了基础。