基于热带吸收的单光子上转换材料由于其具有单光子激发，发光效率高，单组分体系，所需要的功率密度低等优点在许多领域有着潜在的应用。然而，目前报道的有机单光子上转换材料仅局限于罗丹明，恶嗪和聚甲基衍生物等少数的几类分子，主要限制单光子上转换材料发展的原因是分子设计规则仍然不清楚。
为了弄清楚分子的结构设计和单光子上转换之间的关系，国家纳米科学中心段鹏飞研究员团队设计了一系列“砜化二芳基乙烯”衍生物，通过改变取代基调节分子内的电荷转移，可实现上转换的发射波长和反斯托克斯位移可调（图1）。这是首次报道分子内的电荷转移可以调控基于热带吸收的单光子上转换性能。
图1.基于热带吸收单光子上转换的示意图（左侧）。光致荧光变色分子（砜化二芳基乙烯）通过紫外光和可见光对其进行开闭环转换，同时在闭环状态下显示上转换和下转换荧光。随着引入的基团供电性增强，分子内的电荷转移也在增强，对应的荧光红移和上转换的反斯托克斯位移增大。
研究人员在前期工作的基础上(CCS Chem. 2021, 3, 665)，选择了砜化二芳基乙烯为强的吸电子基团，在两侧引入相同的取代基（吸电子或供电子取代基）。随着分子内的电荷转移性能的增强，其吸收峰的半峰宽明显大于发射峰的半峰宽，这主要的原因是分子内强的电荷转移会促进更多的分子分布在基态的高振动能级上，导致该材料不仅在低功率密度下容易被激发发生单光子上转换发射（25 ℃），同时具有较大的反斯托克斯位移（图2）。
图2. 砜化二芳基乙烯衍生物的吸收半峰宽与斯托克斯位移之间的关系。分子内电荷转移调控单光子上转换性能的示意图。
该工作不仅为基于热带吸收的单光子上转换的分子设计提供了思路；同时也为设计多功能单光子上转换材料提供了宝贵的经验，如：改变取代基或调节溶剂的极性来调控单光子上转换的发射峰，利用紫外光和可见光调控荧光（下转换或单光子上转换）的开关模式。相关研究成果发表于Adv. Optical Mater.杂志上(文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.202102180)。
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