从“分子设计”到“分子协同”——“外部电子效应”赋能有机室温磷光与光致变色协同调控
近日，黑龙江大学许辉教授团队有机室温磷光（Room-Temperature Phosphorescence，RTP）材料设计与多功能光学材料方向取得新进展，完成研究成果“External Electronic Effect Enhances Room-Temperature Phosphorescence and Photochromism in Organophosphine Oxide”，发表于。该研究系统阐释了“外部电子效应（External Electronic Effect）”调控有机分子激发态演化的新机制，提出了一种利用分子间电子作用稳定多重三重态的新策略，实现了室温磷光效率、寿命及光致变色性能的同步提升，并建立了光致变色与室温磷光之间可调控的内在关联，为高性能、多功能有机发光材料的分子设计提供了新的理论依据和设计思路。
【研究亮点】
1. 提出“外部电子效应”调控新机制，为有机室温磷光分子设计提供全新思路
2. 构建双三重态逐级能量传递机制，实现室温磷光效率与寿命同步提升
3. 建立室温磷光与光致变色协同调控机制，实现多功能“RTP+”材料
【研究背景】
有机室温磷光材料因具有长余辉、大发射斯托克斯位移、丰富发光颜色以及无需贵金属等优势，在信息加密、柔性显示、生物成像、X射线闪烁和光学传感等领域具有广阔应用前景。然而，由于有机分子自旋轨道耦合作用较弱，三重态难以有效产生和稳定，因此如何同时提高磷光效率和发光寿命一直是该领域的核心科学问题。
目前主要有三种分子设计策略：重原子效应、nπ*-ππ*态杂化和给受体（D-A）结构。虽然这些策略分别能够促进系间窜越或稳定三重态，但普遍存在“效率高而寿命短”或“寿命长而效率低”等矛盾，难以兼顾两者，也缺乏清晰的结构-性能关系。
针对这一难题，研究团队提出利用外部电子效应调控分子间相互作用，在单分子尺度构建两类稳定三重态，并通过逐级能量传递协同优化磷光性能，同时赋予材料光致变色功能，实现多功能一体化设计。
【成果简介】
提出“外部电子效应”分子设计新策略
研究团队首次提出了“外部电子效应”这一新的分子设计理念。研究以线性D-A分子POMPDPAC为模型，通过引入具有适中吸电子能力和较大空间位阻的氧化膦（DPPO）受体，使晶体中相邻分子能够形成两种不同的聚集构型。其中，分子间D-A作用削弱分子内电荷转移，而A-A作用则增强分子内电荷转移，从而可能实现分别稳定具有局域激发（LE）和电荷转移（CT）特征的两类三重态。
实现高效率、长寿命室温磷光与光致变色协同提升
光谱和时间分辨测试表明，POMPDPAC室温磷光量子效率达到约10%，最长寿命达到1.4 s，磷光占总发光比例高达77%，显著优于传统重原子和nπ*-ππ*设计体系。同时，在紫外照射下材料可发生光致变色，并保持优异的室温磷光性能，实现发光与变色协同调控。
揭示外部电子效应增强室温磷光的作用机制
理论计算结合时间分辨光谱证实，外部电子效应使材料中形成两类稳定三重态，逐级能量传递路径。与此同时，紫外照射能够增加CT三重态比例，从而调节材料的发光寿命和光致变色程度，揭示了两种光学功能之间的内在联系。
构建多级信息加密新模式
基于POMPDPAC光致变色程度、室温磷光强度和余辉寿命均可随紫外照射时间连续调控的特点，研究团队进一步构建了多种信息显示与防伪应用。利用不同材料配制的发光墨水，分别实现了水下世界图案、动态防伪图案以及迷宫出口指示等演示体系。其中，迷宫指示首次将光致变色、室温磷光强度和余辉寿命三种独立光学信息集成于同一体系，建立了三级信息加密模式：日光下通过颜色变化读取第一层信息；紫外光照射后通过不同余辉亮度读取第二层信息；延迟观察则利用不同余辉持续时间获得第三层信息。该工作充分展示了外部电子效应赋予材料的多维可调光学响应能力，为智能防伪、信息存储和高安全级别信息加密提供了新的材料体系和设计思路。
【作者信息】
论文共同第一作者为黑龙江大学化学化工与材料学院硕士研究生龚筑轲与黑龙江大学物理科学与技术学院宋秀丹副教授。黑龙江大学许辉教授为通讯作者。该研究还得到黑龙江大学物理科学与技术学院孙建辉教授的技术支持。本研究由国家自然科学基金和黑龙江省自然科学基金资助。
【文章信息】
External electronic effect enhances room-temperature phosphorescence and photochromism in organophosphine oxide
Zhuke Gong a 1, Xiudan Song b 1, Jianhui Sun b, Ruotong Ma a, Qingfeng Mu a, Yuanting Guo a, Xiaojun Zhang a, Hui Xu a
10.1016/j.scib.2026.08.010
Science Bulletin, 2026.
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927326008765