文章导读
你熟悉的发光材料几乎都基于单线态基态，但三线态基态发光一直被化学家视为“不可能三角”——稳定性差、发光易猝灭、自旋态难控制。西安交大团队偏偏打破了这套认知：他们设计出首例空气稳定、基态为三线态且发光的双自由基分子，发光效率达9.6%，常温下也不会分解。这背后不是运气，而是一套精准分子策略：用间苯醌二甲烷骨架锁住三线态，再用推拉电子结构和位阻效应同时压制非辐射损耗。这个设计到底如何绕过传统双自由基的“自杀”路径？答案里藏着高自旋光功能材料的未来。
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有机分子通常遵循经典的雅布隆斯基能级光物理机制：以闭壳单线态为基态（S₀），始于光吸收过程，经激发态弛豫演化后，最终通过荧光、磷光等光子辐射形式释放能量。相较于成熟的单线态基态发光体系，三线态基态（T₀）发光体系的研究仍鲜有研究，其核心挑战在于缺乏合适的分子载体——传统三线态有机双自由基分子普遍存在反应活性高、化学稳定性差的缺陷，同时分子内未成对电子的相互作用易诱发非辐射跃迁，从而抑制发光，严重制约了该类发光体系的开发与应用。因此，开发兼具三线态基态、良好稳定性与高发光效率的“三合一”有机分子是一项极具挑战性的任务，其成功实现，不仅是对高自旋光功能分子设计的突破，更将为光探测磁共振技术、有机自旋电子学及量子信息技术提供重要的材料基础。
针对上述挑战，西安交通大学化学学院张志成、饶彬、岳岭团队设计合成了首例空气稳定、基态为三线态且发光的双自由基分子。该研究依托精准的分子结构调控策略实现多重性能突破：以间苯醌二甲烷为核心骨架，有效打破电子成对成键的固有趋势，稳定构筑三线态基态结构（DES-T = 1.3 kcal/mol）；搭建富电子芳环与缺电子芳环协同体系，构建分子内D-A推拉电子结构，赋予分子光学性能（lem 619 nm，PLQY 9.6%）；利用芳环空间位阻效应，既有效优化分子发光效率、降低非辐射损耗，又从动力学层面提升自由基结构稳定性，实现分子常温空气环境下稳定存在，为实际应用奠定基础。该研究采用巧妙的分子设计，实现了磁学性质与光学性质在一个分子中的有机结合，这一发现为设计新型发光高自旋有机材料提供了分子基础和设计思路。
该研究成果以《具有三重态基态的Schlenk双自由基：兼具空气稳定性与发光特性》（Air-Stable Luminescent Schlenk Diradical With Triplet Ground State）为题发表在国际化学领域权威期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。西安交通大学化学学院为第一通讯单位，博士研究生王静为论文第一作者，饶彬副教授、岳岭副教授、张志成教授为共同通讯作者。研究工作得到了西安交大何刚教授、杨鸿辉教授的指导与有益讨论，同时依托西安交通大学分析测试共享中心、化学学院测试平台、前沿科学技术研究院测试平台及高性能计算平台的完备设备与技术支持，顺利完成各项测试与理论计算工作。
该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、小米青年学者、西安交通大学人工智能科学科研基金及西安交通大学启动经费的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2802162
张志成教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/zhichengzhang
饶彬副教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/raobin/
岳岭副教授课题组主页：https://gr1.xjtu.edu.cn/web/heartstar
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