动态耦合诱导有机室温磷光：构建高效激子转移桥梁的创新机制

有机室温磷光（RTP）材料在光电器件中潜力巨大，但传统主客体体系因复杂的能量转移路径导致性能受限。本研究提出动态耦合模型，揭示主客体分子通过激发态非共价耦合形成瞬态复合物，显著提升系间窜越（ISC）效率并实现激子高效转移至客体三重态（TG），最终获得寿命达2.4秒的红色RTP（创纪录）及9.8%的量子产率。该机制为设计高性能有机磷光材料提供了新范式。

　　

在有机光电材料领域，实现长寿命室温磷光（Room-Temperature Phosphorescence, RTP）一直是科学家们追逐的“圣杯”。这种独特的光物理现象，能让材料在停止激发后持续发光数秒甚至更久，在防伪加密、生物成像和柔性显示等领域具有广阔应用前景。然而，传统有机RTP材料面临两大瓶颈：一是大多数纯有机分子由于自旋禁阻效应，难以实现高效的系间窜越（Intersystem Crossing, ISC）；二是即使通过重原子效应或晶体工程等手段获得RTP，其性能往往受限于复杂的分子设计和严苛的制备条件。

主客体掺杂体系曾被寄予厚望——将发光客体分散到刚性主体基质中，既能抑制非辐射跃迁，又能通过能量转移增强磷光。但长期以来，科学家们对这类体系中主客体分子间的相互作用机制认识模糊，尤其对激发态下分子动态行为的理解近乎空白。这导致材料开发陷入“试错循环”：研究者们只能通过经验调整主客体组合，却无法精准调控磷光性能。

香港中文大学（深圳）和香港科技大学的研究团队在《Nature Communications》发表的这项研究，首次揭示了主客体体系中动态耦合过程对RTP的决定性作用。研究人员通过飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）、时间分辨发射光谱（TRES）和高压原位荧光测试等先进技术，捕捉到主客体分子在激发态下形成瞬态复合物的全过程，并提出“耦合-解耦”双阶段模型：首先，主体（CzA）与客体（PY）通过电荷转移（Charge Transfer, CT）相互作用形成激发态复合物，其单重态（S_C）与三重态（T_C）能隙（ΔE_ST）仅0.04 eV，显著提升ISC效率；随后，复合物解耦将激子转移至PY的三重态（T_G），最终发射红色磷光。这种动态特性通过分子运动（碰撞/解离）精确调控，完全区别于传统静态模型。

关键实验技术
研究结合飞秒瞬态吸收光谱实时追踪激子转移路径，通过高压荧光实验证实耦合强度与磷光性能的定量关系（压力>1 GPa时磷光消失），并利用氘代策略抑制非辐射衰减。理论计算（自然跃迁轨道/NTO分析）阐明复合物的CT特性，单晶X射线衍射（SXRD）验证分子堆积模式。

主要研究发现

1. 动态耦合的观测
   通过PY-CzA体系的瞬态光谱，首次捕获到470 nm处复合物发光峰（L_C），其寿命（0.37 ns）显著短于纯主体（1.79 ns），证实79.3%的激子转移效率。温度依赖实验显示，200 K以上复合物发光减弱而磷光增强，揭示热激活的T_C→T_G能量转移。

1. 静态与动态耦合的本质差异
   激发光谱解析发现，仅动态复合物（360 nm激发）能产生磷光，而静态复合物（380 nm激发）使激子陷获。高压实验进一步证实：当压力压缩分子间距至4.33 ?（原4.56 ?），复合物CT增强但磷光消失，因解耦能垒（ΔG_dc）升高阻碍激子转移。

2. 普适性验证与性能突破
   在17种主客体体系中，所有成功实现RTP的系统均观察到动态耦合。通过苯甲酰基修饰主体（CzBP/BPCzA）引入更多ISC通道（k_ISC提升3倍）和中间能级（T_H），最终结合氘代获得寿命2.447秒、量子效率9.8%的红色RTP，较传统β-雌二醇体系提升490倍。

研究意义
这项工作颠覆了传统主客体RTP的“静态局域激子”认知，提出动态离域激子新范式。其创新性体现在三方面：

1. 机制突破：首次阐明复合物“形成-解离”动态过程对磷光的必要性，建立ΔG_dc与寿命的定量关系（R²=0.99）；
2. 性能极限：创下红色RTP寿命纪录（2.4秒），并实现从绿光到近红外的全色域调控；
3. 应用拓展：展示该材料在4D加密（时间-颜色双维度）和温致变色显示中的独特优势。

正如审稿人所评，这项研究“为有机磷光材料设计提供了教科书级的物理模型”，其揭示的动态耦合原理有望延伸至光催化、OLED等领域，推动激发态化学的深度探索。