有机长余辉材料研究已经取得突破性进展,其成果更是刷新了人们对聚集态发光的传统认识。通常认为,有效的系间窜跃过程和共轭分子间强的π-π堆积作用是实现有机长余辉发光的必备条件,但很难在纯有机分子中通过统一的设计策略同时实现对上述过程的有效调控;相较于人们普遍接受的荧光和磷光发生过程,有机长余辉的具体来源仍不清楚;受跃迁禁阻影响,有机长余辉材料通常需要紫外光激发,且发光亮度和量子效率较低;此外,缺乏将现有高效有机发光材料转变为有机长余辉材料的有效方法,且受分子堆积影响,很难实现高效蓝光有机长余辉发光;缺乏通过物理方法增强纯有机分子系间窜跃过程,实现高效有机长余辉发射的策略。本论文围绕目前有机长余辉材料设计、制备过程中存在的不足,提出了多种设计策略调控有机长余辉发光:1.在长余辉分子设计中,缺乏能同时调控系间窜跃过程和分子堆积的设计策略。因此,我们首先提出了一种利用取代基效应同时调控上述过程的简单设计策略,制备出一系列具备有机长余辉性质的苯腈衍生物,其寿命达到0.51 s。实验和理论研究表明,拟卤素取代基n-π*跃迁不仅可以增强系间窜跃过程,还可以降低共轭环电子云密度,增强分子间π-π堆积作用。2.分子堆积在有机聚集体发光中具有非常重要的作用,但聚集结构和发光性质之间的构效关系仍不明确。为了研究聚集结构与有机长余辉之间的构效关系,我们设计了一系列氰基拟卤素取代的9-苯基咔唑同分异构体,这些材料表现出多种堆积结构和有效的有机长余辉发光,其最长发光寿命可达0.92 s。实验和理论研究发现,有机长余辉性能和激子分裂能(Δε)之间存在紧密联系,并首次证明Δε控制的激发态暗态到亮态之间的逆相变过程在H-聚集型有机长余辉发光中起到重要作用:较大的Δε产生较长的余辉寿命;而较小的Δε会导致较短的余辉寿命和较高的余辉量子效率。3.纯有机长余辉材料大多为有机小分子,受系间窜跃过程和磷光跃迁禁阻影响,有机长余辉材料通常需要紫外光激发且发光强度和量子效率较低。为了克服传统有机长余辉材料的不足,我们利用重原子/杂原子和芳环堆积协同作用增强三线态直接吸收,并首次阐明直接三线态吸收在增强有机长余辉发光,实现可见光激发有机长余辉方面的巨大作用。实验和理论研究表明,通过直接三线态吸收制备的有机长余辉材料在可见光激发下的余辉寿命和量子效率分别达到0.25 s和9.5%。4.有机长余辉材料具有非常独特的性质,但余辉亮度和量子效率通常较低,且缺乏将传统高效有机发光体转变为有机长余辉材料的有效方法。我们利用主客体掺杂的方式,成功将传统热活化延迟荧光(TADF)材料转变为有机长余辉材料,实现TADF材料有机长余辉发光,并验证其长余辉发光来源于受逆系间窜跃过程控制的延迟荧光(DF)发射。5.由于纯有机分子具有较大的单三线态能隙(ΔEST)和弱的自旋轨道耦合(SOC),很难实现有机长余辉发光。受磷光有机发光二极管(PHOLED)启发,我们提出了一种简单的设计策略,利用发光敏化替代化学修饰,通过磷光/TADF客体敏化弱系间窜跃分子主体,增强主体有机长余辉发光,其余辉寿命和量子效率分别提高到0.45 s和14.5%。