英文原题：Challenges and Breakthroughs in Purely Organic TTA-UC: The Central Role of Heavy-Atom-Enhanced Thermally Activated Delayed Fluorescence Photosensitizers

第一作者：陈昌宏（23级研究生）

通讯作者：史益忠副教授、叶常青教授

作者：陈昌宏、万仕刚、史益忠、叶常青

         近日，课题组一篇发表于《Physical Chemistry Chemical Physics》的综述文章揭示了有机上转换技术领域的挑战与突破。文章系统回顾了基于热激活延迟荧光（TADF）光敏剂的三重态-三重态湮灭上转换（TTA-UC）技术，重点强调了重原子效应在提升上转换量子产率方面的核心作用。TTA-UC技术能将低能量光子（如红外光）转换为高能量发射（如可见光或紫外光），在生物成像、传感、3D打印和光催化等领域具有广阔应用前景。

         文章指出，传统TTA-UC系统依赖贵金属光敏剂，存在成本高、毒性大等局限。而纯有机TADF光敏剂因其小的单重态-三重态能隙（ΔE_ST），能实现高效的反向系间窜越（RISC），但这也导致三重态量子产率（Φ_T）不足，影响上转换效率。通过引入重原子效应（HAE），研究人员成功增强了自旋轨道耦合（SOC），从而优化了光敏剂的系间窜越（ISC）过程。

         综述详细分析了内部重原子效应（iHAE）和外部重原子效应（eHAE）的策略。iHAE通过分子设计引入重原子（如溴、硒），显著提升了光敏剂的ISC效率。例如，BTZ-DMAC-4Br/DPA系统在毛细管环境中实现了24.6%的上转换量子产率（Φ_UC），比未溴化版本提升超过10倍。类似地，多共振TADF材料如BN-Se与TIPS-Nph组合，在紫外上转换中达到21.4%的Φ_UC，且激发阈值低至1.3 mW cm⁻²，展现了优异的实用性。

         eHAE则通过溶剂环境调控实现，如使用溴代溶剂可增强SOC，但溶剂极性和粘度需谨慎选择。研究表明，DMACPDO/DPA系统在苯中Φ_UC达21.9%，而在氯苯中降至8.9%，凸显了溶剂优化的重要性。

          尽管重原子效应带来显著提升，文章也指出面临挑战：分子设计复杂、溶剂可能引起湮灭剂荧光猝灭等。未来研究需聚焦于通用分子策略和溶剂环境优化，以推动TTA-UC在光电子学和生物光子学中的应用。

          该综述为开发高效有机上转换平台提供了重要指导，有望加速相关技术的商业化进程。

Challenges and Breakthroughs in Purely Organic TTA-UC: The Central Role of Heavy-Atom-Enhanced Thermally Activated Delayed Fluorescence Photosensitizers

Changhong Chen,  Shigang Wan,  Yizhong Shi,  Changqing Ye

Phys. Chem. Chem. Phys. 2025, 27(48): 25713-25719..

First published: 20 Nov 2025

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cp/d5cp03609g