《Nature Communications》：Multiple hydrogen bonding enables large-area doped phosphorescent glasses with robust stability and high-temperature afterglow
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本研究针对晶体材料脆性高、光学透明度差等问题，通过引入富含氢键位点的非共轭分子1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTA）作为主体基质，构建了具有高效超长室温磷光（RTP）性能的掺杂型超分子玻璃（SGs）。该材料在室温下可实现长达40秒的余辉，磷光量子产率高达56.8%，且在200°C高温下仍保持稳定发光，展现出优异的可加工性与环境稳定性，为高性能光学显示与防伪应用提供了新思路。
在材料科学领域，具有室温磷光（Room-Temperature Phosphorescence, RTP）特性的分子材料因其长寿命三重态激子、可调控的化学结构和良好的生物相容性而备受关注。然而，传统的晶体材料尽管能通过有序堆积有效稳定三重态激子，却往往面临脆性高、光学透明度低以及难以大规模成型等问题，这严重限制了其在实际光学器件中的应用。如何在不牺牲磷光性能的前提下，同时实现材料的高透明度、机械强度与可加工性，成为当前研究的重要挑战。
针对这一难题，来自温州大学、北京师范大学等机构的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项创新性研究。他们通过巧妙地利用多重氢键作用，成功构建了一类大尺寸、高性能的掺杂型超分子玻璃材料，不仅实现了高达56.8%的磷光量子产率和长达40秒的余辉，更在200°C高温下仍保持稳定的磷光发射，展现出卓越的环境耐受性与加工灵活性。
为开展本研究，作者选用具有星形构象的1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTA）作为玻璃前体，通过蒸发诱导自组装技术制备透明玻璃基质；选取多种芳香酐衍生物（如NFD、BFT、TFH等）作为磷光客体进行掺杂。关键实验技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）、粉末X射线衍射（PXRD）、稳态/延迟荧光光谱、时间分辨磷光衰减测试、分子动力学（MD）模拟以及独立梯度模型（IGMH）分析等，系统评估了材料的结构特征、光学性能与稳定机制。
制备与结构表征
研究首先通过缓慢蒸发BTA的乙醇溶液成功获得透明玻璃态材料，而快速蒸发则得到晶体。DSC曲线显示BTA玻璃的玻璃化转变温度（Tg）为48.2°C，表明其具备良好的玻璃形成能力。PXRD与SEM结果证实了材料的非晶态结构，且BTA玻璃在可见光区透光率超过90%，兼具高透明度与增强的机械强度。
BTA基掺杂SGs的光物理性质
通过将NFD、BFT、TFH等客体掺杂至BTA玻璃中，材料在室温下表现出明亮的蓝-青色荧光（约410纳米）与高效的RTP发射，磷光寿命分别达1.62秒、2.82秒和3.80秒。其中TFH/BTA体系的磷光量子产率高达56.8%，是目前纯有机RTP材料中的领先水平。对比晶体材料，玻璃体系具有更高的系间窜越速率（kISC）和显著降低的非辐射衰减速率（knrP），说明玻璃基质能有效促进激子生成并抑制非辐射弛豫。
BTA基高效磷光玻璃的机制
分子动力学模拟显示，BTA玻璃中分子排列长程无序，但通过羧基间形成的多重氢键（如O-H···O、C-H···O）构建了局部致密的刚性网络。IGMH分析进一步揭示了强烈的氢键与范德华相互作用，这种无序而牢固的氢键网络不仅抑制了结晶趋势，更为三重态激子提供了稳定的保护环境，从而显著提升磷光性能。
普适性与高稳定性
研究还验证了BTA基质对其他芳香酐客体（如BPA、NID、NIT）的普适性，实现了蓝、绿、黄、红等多色余辉发射。TFH/BTA玻璃在200°C高温下仍保有0.33秒的磷光寿命，且在多种有机溶剂中浸泡一个月后性能几乎不变，显示出极强的环境稳定性。
BTA基掺杂玻璃的应用展示
凭借其低Tg与热塑性，该玻璃可实现大面积（25厘米×25厘米）透明磷光面板的制备，并能够通过模具成型为复杂三维结构。此外，通过将不同磷光客体涂覆于LED阵列，研究人员还展示了基于余辉时间差异的信息加密显示应用。
综上所述，本研究通过多重氢键策略成功构建了一类具有优异综合性能的RTP超分子玻璃材料，不仅在磷光效率与稳定性方面取得突破，更展现出卓越的可加工性与应用潜力。该工作为开发高性能有机磷光材料提供了新思路，在柔性光电器件、信息加密与显示技术等领域具有广阔前景。
