重要内容

       为实现纯有机共轭聚合物的高效室温磷光发射，中国科学院长春应用化学研究所王利祥/童辉团队采用间位连接的分子结构设计，调控基于吩硒嗪单元的共轭聚合物的有效共轭，增强其自旋-轨道耦合，获得了膜态下21.4%的磷光效率。相关成果发表于Chinese Journal of Polymer Science，为开发纯有机室温磷光共轭聚合物并提升其磷光性能提供了有效策略。

创新成果

        通过将苯基取代的吩硒嗪单元与对二溴苯和间二溴苯共聚，合成了两种纯有机室温磷光共轭聚合物（P(PSeZPh-p-Ph)和P(PSeZPh-m-Ph)）（图1）。将苯基连接单元由“对位”切换为“间位”，主链共轭延伸受到限制，促使硒原子对最高占据分子轨道（HOMO）的贡献从21.7%提升至29.7%，显著增强自旋-轨道耦合（SOC），使T₁→S₀跃迁的SOC常数增加2.6倍，进而促进了磷光辐射跃迁。在聚苯乙烯掺杂膜中，P(PSeZPh-p-Ph)仅获得16.2%的磷光量子产率，而P(PSeZPh-m-Ph) 的磷光量子产率则提升至21.4%，是纯有机室温磷光共轭聚合物薄膜的最高值。基于上述聚合物的磷光薄膜传感器用于痕量氧气检测，具有较高灵敏，检测限低至0.84 ppm。

图1 “间位连接”增强自旋轨道耦合的高效室温磷光聚合物分子设计策略

总结与展望

       本研究成功通过“间位连接”策略，有效改善重原子对共轭聚合物的贡献，开发了磷光量子产率达21.4%的纯有机室温磷光共轭聚合物，刷新了该体系记录，同时也揭示了主链结构—磷光效率的关系，为室温磷光共轭聚合物的结构设计以及改善磷光性能提供了新策略。此外，基于这些材料的薄膜对痕量氧气的检测也扩展其应用场景。

背景介绍

纯有机室温磷光材料在光学传感、信息防伪、生物成像及显示技术等领域展现出广阔的应用前景。然而，目前绝大多数高效率室温磷光体系依赖于小分子晶体，其苛刻的生长条件、较差的加工性与重复性严重限制了实际应用。相较于小分子，共轭聚合物因其良好的加工成膜性，分子刚性及信号放大效应被视为理想的高性能室温磷光材料。然而，迄今为止报道的室温磷光聚合物大多基于非共轭聚合物，已报道的室温磷光共轭聚合物的数量稀少，且磷光量子产率偏低。其根本原因在于：大多数纯有机共轭聚合物缺乏有效的重原子效应，导致SOC较弱，难以实现高效的三重态激子辐射跃迁。近期研究虽尝试引入含硒等重原子的结构单元，以增强SOC，但如何通过合理的分子设计，在聚合物主链层面精确调控分子结构与激发态过程，从而提升磷光效率，仍是该领域面临的关键挑战。

本文相关成果以题为“Meta-linked phenoselenazine-based conjugated polymers for efficient room-temperature phosphorescence”发表于Chinese Journal of Polymer Science，论文第一作者为中国科学院长春应用化学研究所博士研究生高善徽，通信联系人为童辉研究员和王利祥研究员

Citation: Gao, S. H.; Cheng, Z. Q.; Wu, X. F.; Tong, H.; Wang, L. X. Meta-linked phenoselenazine-based conjugated polymers for efficient room-temperature phosphorescence. Chinese J. Polym. Sci.