Po-Cheng Liu , Jian Lei, Cheng-Chan Liu, Yu-Tzu Fan, and Tien-Lin Wu
JACS Au. 2025

國立清華大學 化學系 吳典霖助理教授

螺旋型氮雜咔唑（Carbazolocarbazole, CCz）是一種嶄新的咔唑家族雜環化合物，具有其獨特的結構和性質。然而，由於合成難度極高，限制了對其系列分子深入研究的進展。在本研究中，我們成功優化合成方式且詳盡描述其穩定的製備，實現克級螺旋型 CCz 的合成，並進行後續官能化研究。本研究涵蓋未修飾的 CCz 及設計出六種具有不同取代基的CCz衍生物，並且首次揭示了 CCz 化合物在固態環境下的長餘輝特性。這些 CCz 衍生物展現了令人驚艷的超長室溫磷光（URTP）半生期，介於 0.52 至 0.72 秒，為咔唑家族中壽命表現相對突出的材料。CCz 系列的 URTP 起因於單重態到三重態之間高效的系統間跨越（ISC）過程，而這一過程得益於其增強的自旋-軌道耦合（SOC）。在深入分析及理論計算七種 CCz 化合物的基礎上，我們提出了一種提升有機 URTP 發光體光致發光量子產率的有效策略。其中，結構最為剛性的衍生物 SpiroCCz，在聚合物基質中實現了高達 79.9% 的總量子產率，這一表現為咔唑基長餘輝材料的頂尖表現。綜上所述，螺旋型 CCz 衍生物作為光電元件、生物成像和防偽印刷領域中的長餘輝材料，本次使用清華Logo作為示範防偽塗料的功能，展現了非凡的創新潛力與應用前景。