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有机光电功能材料具备优异光电转换能力和光活性特征，是实现有机发光、光电转换和分子传感应用的关键基础材料。在有机光电功能材料的设计中，通过在分子结构中引入金属等重原子可以有效改善分子的电子转移和系间窜越特性，扩展有机发色团的光电性能。然而，要实现金属与有机分子的有效结合，通常需要对有机分子的结构进行重新设计，引入能够和金属离子络合的配位官能团。而要使金属离子与有机配体形成稳定配位结构，需要考虑配体给体基团的性质、配位齿数目、配位点之间的连接基团、配位点之间的距离以及配体异构等诸多复杂因素。这很大程度上限制了可用于金属离子复合的有机光电分子的结构和种类，严重阻碍了金属-有机复合光功能材料的发展。
近日浙江大学邓人仁团队和南京工业大学、安众福教授课题组合作，利用有机分子与无机纳米晶耦合的策略来克服了这种选择限制。通过将无机稀土纳米晶与有机分子复合，实现了一系列咔唑基衍生物单线态激发态向分子电荷转移态发光的高效转变，证实稀土纳米晶可以引入电子相互作用。当无机稀土纳米晶与有机分子杂化后，纳米晶表面的金属离子可能与有机分子产生强烈的电子相互作用，类似于，促进有机分子发生电子转移并诱导其产生电荷转移态。选取有机分子oczt作为典型研究对象，利用oczt与nagdf4耦合前后吸收光谱、发射光谱以及寿命变化等光学表征方法，证明nagdf4具备诱导有机分子电荷转移态的能力。通过调控有机分子与稀土离子之间的距离，验证了有机分子/稀土纳米晶的电子相互耦合作用在短程有效。这种耦合策略不需要共价配位或分子结构工程，因此在实现高效可控的新型有机-无机杂化材料开发方面具有巨大潜力。经验证该方法同时也适用于另外四种含咔唑功能基团的有机分子，与nagdf4杂化后均能产生相互作用，并呈现红移发光峰。
图1. 利用无机镧系纳米晶表面耦合效应实现有机光电功能分子的激发态调控过程示意图
organic excitonic state management by surface metallic coupling of inorganic lanthanide nanocrystals
wenxing zhang , shan wang , wenpeng ye, yiyuan zhu, cheng-ao li, he wang, chaomin dong, huili ma, mi yan, zhongfu an*, wei huang*, and renren deng*
文章的第一作者是浙江大学的博士生张文星和南京工业大学的硕士毕业生王珊
angewandte chemie international edition
doi: 10.1002/anie.202312151
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《德国应用化学》(angewandte chemie)创刊于1888年，是德国化学学会（gdch）的官方期刊并由wiley–vch出版。作为化学领域的权威期刊，《德国应用化学》涵盖了化学研究的各个领域，刊发包括新闻、综述、观点、通讯、研究论文等在内的各种内容。