JP研究最新进展

JP研究最新进展8:Advanced系列 | 通过冷却/融化控制发光的新型材料

  • 2022212日,关西学院大学加藤昌子(Masako Kato)教授课题组在专业杂志Advanced Optical Materials上在线发表了题为 Thermo- and Mechano-Triggered Luminescence ON/OFF Switching by Supercooled Liquid/Crystal Transition of Platinum(II) Complex Thin Films」的科技论文,该研究开发了一种通过冷却/融化来控制发光的新型材料,使用该材料能可视化摩擦刺激行为。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adom.202102614

01研究亮点

  1. 成功开发了一种发光铂络合物分子,该分子在干燥机的热量下熔化并在刮擦时变成晶体。
  2. 通过这种解冻和冻结,发光会急剧熄灭或恢复。
  3. 通过将这种复合物用作胶片,成功地通过发光“可视化”了刮擦刺激。

02研究概要

【背景】

各行各业都可以找到发光体,例如用于平板电视和智能手机的有机EL材料、测量氧气浓度的传感器以及有效利用阳光的光催化剂。它们是一种发挥积极作用的材料。特别是由金属和被称为金属络合物的有机物质组成的混合材料。根据分子设计,该材料可以高效地发光,并且可以容易地控制其发光颜色,因此作为高效照明的基础而备受关注。然而,在许多情况下,需要高温、高真空或大量有机溶剂来成膜有光泽的金属络合物,来制造大面积的显示器或面板。之前已经进行了各种研究,以在较低温度下熔化有光泽的金属络合物,使其成为液体,这作为一种无需使用如此高温/高真空或有机溶剂即可形成薄膜的手段。然而,它们中的大多数都没有表现出非常有效的发光,并且很少有这样的低熔点金属配合物可以像传感器一样通过刺激来控制发光。

【结果与讨论】

在这项研究中,为了开发一种具有低熔点且对刺激有响应的发光金属络合物,引入了一种具有长链烷基的阳离子,该烷基相对于阴离子铂络合物是不对称的(图 1)。已知铂络合物明亮且易于发光,并且其发光容易根据外部环境而改变。通过在这种铂络合物中引入不对称阳离子,预计熔点会降低,即使达到熔点也会减慢结晶速度。

 

研究发现这次开发的铂络合物在室温下会发出亮绿色的光,但加热时会在53℃的低温下熔化,导致发光消失(图1)。因此,即使使用家用烘干机的热量,这种复合物也很容易熔化,并且可以在温和的条件下形成薄膜。这种液体冷却到室温后并没有立即冻结,而是变成了一种“过冷液体”,一夜之间慢慢冻结之后又可发光。由此可知,本次开发的复合体可以检测热量并可控制发光。此外,众所周知,这种“过冷液体”在受到冲击时往往会结冰。然后,当刮擦这种过冷液体的薄膜时,只有部分会迅速冻结并发光(图 3)。这样,本研究的方法不仅成功地轻松形成了发光膜,而且成功地通过刮擦刺激其“可视化”。

【未来展望】

在这个结果中,研究人员能够赋予发光的金属络合物“在低温下熔化并变得过冷”的特性。将这种特性与铂络合物的特性“光发射随周围环境而变化”相结合,从而能够“可视化”刮擦刺激。因此,通过对其他发光金属配合物采用这种方法,可以轻松打造接近 100% 的超高效发光器件,并“可视化”外部环境,如温度、蒸汽和磁场,可望应用于各种光学材料的合理设计。

本研究由关西学院大学和北海道大学共同合作完成;第一作者加藤昌子(Masako Kato教授作者加藤昌子(Masako Kato教授教授Masaki Yoshida助理教授。本文受到文部科学省科学研究費補助金「新学術領域研究(ソフトクリスタル)」(17H06367),「挑戦 的研究(萌芽)」(18K19086),「若手研究」(18K14232),「基盤研究(C)」(21K05094),及びタルトゥ 大学基金研費经费支持。 

03作者介绍

加藤昌子(Masako Kato)教授,隶属于关西学院大学环境应用化学科教授和北海道大学名誉教授;国际杂志ACS Inorganic Chemistry编委。Kato教授致力于环境应答型发光材料开发的基础研究,是发光材料化学研究领域的知名学者。曾2017年北海道大学教育研究校长奖和2020年文部科学大臣科学技术奖等重大奖项; 在JACSAngew. Chem.等国际知名科学杂志发表研究型论文110余篇。其研究成果被引用3500余次,其中单篇最高引用数达470余次,h指数为31 (2022/03/19/, Publons)

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