有机分子和聚合物因其低耗和良好的可设计性，目前被广泛用于余辉材料的研究中。然而，由于三线态激子的快速衰减，通常难以在高温下实现其长持续发光。近日，上海交通大学邱惠斌教授课题组将稠环芳烃分子分散在硼酸水溶液中，随后经过干燥、熔融和脱水，将稠环芳烃分子以单分子的形式限域在B₂O₃晶状体中，便捷地制备了一系列具有超高温长持续发光的复合材料，即使在400 °C的超高温下，这些复合材料也能发射出长持续发光，并且展现出从紫外到近红外宽温度范围内的时间和温度依赖的余辉颜色变化（图1）。

图1. 超高温长持续发光复合物的制备与余辉特性。图片来源JACS。

该体系中使用的稠环芳烃分子不论是在稀溶液还是固体状态下都只能发出微弱的荧光，而嵌入在B₂O₃晶状体后则可以发出明亮的荧光，在去除紫外激发光后可以发出明亮的从紫到红和白的长余辉，即使在400 °C的超高温下也能发出明亮的长余辉，并在宽温度范围内展现出时间和温度依赖的余辉颜色变化。对于纯碳的稠环芳烃分子，由于其纯磷光发射，其余辉颜色几乎不受温度和时间的影响，直到温度到达超高温后，TADF型余辉才略微出现；而对于氮掺杂的稠环芳烃分子来说，TADF发射和磷光发射的占比随着温度的增加而变化，当温度升高时，TADF发射带快速增强，磷光发射带轻微地降低，加之TADF和磷光不同的发射寿命，因此氮掺杂的稠环芳烃分子呈现出时间和温度响应的余辉颜色变化。另外不同的稠环芳烃分子因具有不同的分子骨架从而呈现出不同的SOC值和ΔE_ST，并随之产生不同的RISC能力，导致其在室温下展现出不同的TADF发射占比，从而使得这些稠环芳烃分子的时间依赖的余辉颜色变化分别从室温下或高温下出现（图3）。

一系列表征和对比实验表明，稠环芳烃分子以单分子的形式嵌入在B₂O₃晶状体中，长余辉发光来自单分子分散的稠环芳烃分子，而具有高稳定性和刚性的B₂O₃晶状体基质是产生超高温长持续发光的关键因素，其为离散的稠环芳烃分子提供匹配的超强限域作用并使每个稠环芳烃分子具有一个稳定、刚性和离散的环境，进而即使在超高温下也能有效地限制分子分散的稠环芳烃分子的转动和振动。随后，该高度刚性和热稳定的B₂O₃晶状体基质提供的匹配的超强限域作用使得非辐射跃迁最小化并稳定三线态激发态，最终使得超高温长持续发光的产生（图4）。

图2. 稠环芳烃/B₂O₃复合物的长持续发光性质。图片来源JACS。

图3.超高温长持续发光的机理研究。图片来源JACS。

这一具有全色可调、时间依赖和温度刺激响应性能的超高温长持续发光材料可用于宽温度范围的三维可视化的温度探测以及防伪和加密（图4），其中，这些稠环芳烃/B₂O₃复合物在极端环境下展现出良好的空间温度测量能力，并在温度敏感的防伪和加密领域中展现出极大的应用前景。

图4.超高温长持续发光用于三维可视化温度传感、防伪和数据加密。图片来源JACS。

该工作以“Ultra-high temperature long-persistent luminescence from B₂O₃-confined polycyclic aromatic compounds”为题发表在JACS上。上海交通大学化学化工学院博士研究生丁远飞为该论文的第一作者，邱惠斌教授、浙江理工大学沈程硕特聘副教授为该论文的通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金委、科技部、上海市科委、上海市教委、浙江省自然科学基金委、上海交通大学、浙江理工大学项目的经费资助，特此感谢。

邱惠斌教授简介

上海交大邱惠斌教授课题组JACS：稠环芳烃分子的超高温长持续发光