Abstract The development of single molecule white light emitters is extremely challenging for pure phosphorescent metal-free system at room temperature. Here we report a single pure organic phosphor, namely 4-chlorobenzoyldibenzothiophene, emitting white room temperature phosphorescence with Commission Internationale de l’Éclair-age coordinates of (0.33, 0.35). Experimental and theoretical investigations reveal that the white light emission is emerged from dual phosphorescence, which emit from the first and second excited triplet states. We also demonstrate the validity of the strategy to achieve metal-free pure phosphorescent single molecule white light emitters by intrasystem mixing dual room temperature phosphorescence arising from the low- and high-lying triplet states.

Manipulation of the emission properties of pure organic room-temperature phosphors through molecular design is attractive but challenging. Tremendous efforts have been made to modulate their aggregation behaviors to suppress nonradiative decay in order to achieve efficient light emission and long lifetimes. However, success has been limited. To attain such a goal, here we present a rational design principle based on intrinsic molecular-structure engineering. Comprehensive investigations on the molecular orbitals revealed that an excited state with hybrid (n,π*) and (π,π*) configurations in appreciable proportion is desired. Tailoring the aromatic subunits in arylphenones can effectively tune the energy level and the orbital feature of the triplet exciton. Our experimental data reveal that a series of full-color pure organic phosphors with a balanced lifetime (up to 0.23 s) and efficiency (up to 36.0%) can be realized under ambient conditions, demonstrating the validity of our instructive design principle.

Alkaline phosphatase (ALP) activity is regarded as an important biomarker in medical diagnosis. A ratiometric fluorescent probe is developed based on a phosphorylated chalcone derivative for ALP activity assay and visualization in living cells. The probe is soluble in water and emits greenish-yellow in aqueous buffers. In the presence of ALP, the emission of probe changes to deep red gradually with ratiometric fluorescent response due to formation and aggregation of enzymatic product, whose fluorescence involves both excited-state intramolecular proton transfer and aggregation-induced emission processes. The linear ratiometric fluorescent response enables in vitro quantification of ALP activity in a range of 0–150 mU/mL with a detection limit of 0.15 mU/mL. The probe also shows excellent biocompatibility, which enables it to apply in ALP mapping in living cells.

Pure organic materials with ultralong room-temperature phosphorescence (RTP) are attractive alternatives to inorganic phosphors. However, they generally show inefficient intersystem crossing (ISC) owing to weak spin-orbit coupling (SOC). A design principle based on the realization of small energy gap between the lowest singlet and triplet states (ΔEST ) and pure ππ* configuration of the lowest triplet state (T1 ) via structural isomerism was used to obtain efficient and ultralong RTP materials. The meta isomer of carbazole-substituted methyl benzoate exhibits an ultralong lifetime of 795.0 ms with a quantum yield of 2.1 %. Study of the structure-property relationship shows that the varied steric and conjugation effects imposed by ester substituent at different positions are responsible for the small ΔEST and pure ππ* configuration of T1 .

π-Bonds connected with aromatic rings were generally believed as the standard structures for constructing highly efficient fluorophores. Materials without these typical structures, however, exhibited only low fluorescence quantum yields and emitted in the ultraviolet spectral region. In this work, three molecules, namely bis(2,4,5-trimethylphenyl)methane, 1,1,2,2-tetrakis(2,4,5-trimethylphenyl)ethane, and 1,1,2,2-tetraphenylethane, with nonconjugated structures and isolated phenyl rings were synthesized and their photophysical properties were systematically investigated. Interestingly, the emission spectra of these three molecules could be well extended to 600 nm with high solid-state quantum yields of up to 70%. Experimental and theoretical analyses proved that intramolecular through-space conjugation between the "isolated" phenyl rings played an important role for this abnormal phenomenon.

Abstract Persistent luminescence is a fascinating phenomenon with exceptional applications. However, the development of organic materials capable of persistent luminescence, such as organic persistent room-temperature phosphorescence, lags behind for their normally low efficiency. Moreover, enhancing the phosphorescence efficiency of organic luminophores often results in short lifetime, which sets an irreconcilable obstacle. Here we report a strategy to boost the efficiency of phosphorescence by intramolecular triplet-triplet energy transfer. Incorpotation of (bromo)dibenzofuran or (bromo)dibenzothiophene to carbazole has boosted the intersystem crossing and provided an intramolecular triplet-state bridge to offer a near quantitative exothermic triplet–triplet energy transfer to repopulate the lowest triplet-state of carbazole. All these factors work together to contribute the efficient phosphorescence. The generation and transfer of triplet excitons within a single molecule is revealed by low-temperature spectra, energy level and lifetime investigations. The strategy developed here will enable the development of efficient phosphorescent materials for potential high-tech applications.

The development of intelligent materials, in particular those showing the highly sensitive mechanoresponsive luminescence (MRL), is desirable but challenging. Here we report a design strategy for constructing high performance On-Off MRL materials by introducing nitrophenyl groups to molecules with aggregation-induced emission (AIE) characteristic. The on-off methodology employed is based on the control of the intersystem crossing (ISC) process. Experimental and theoretical investigations reveal that the nitrophenyl group effectively opens the nonradiative ISC channel to impart the high sensitivity and contrast On-Off behavior. On the other hand, the twisted AIE luminogen core endows enhanced reversibility and reduces the pressure required for the luminescence switching. Thin films can be readily fabricated from the designed materials to allow versatile applications in optical information recording and haptic sensing. The proposed design strategy thus provides a big step to expand the scope of the unique On-Off MRL family.

A novel dark through-bond energy transfer (DTBET) strategy is proposed and applied as the design strategy to develop ratiometric Hg2+ sensors with high performance. Tetraphenylethene (TPE) derivatives with aggregation-induced emission (AIE) characteristics are selected as dark donors to eliminate emission leakage from the donors. The TBET mechanism has been adopted since it experiences less influence from spectral overlapping than Förster resonance energy transfer (FRET), making it more flexible for developing cassettes with large pseudo-Stokes shifts. In this work, energy transfer from the TPE derivatives (dark donor) to a rhodamine moiety (acceptor) was illustrated through photophysical spectroscopic studies and the energy transfer efficiency (ETE) was found to be up to 99%. In the solution state, no emission from the donors was observed and large pseudo-Stokes shifts were achieved (>280 nm), which are beneficial for biological imaging. Theoretical calculations were performed to gain a deeper mechanistic insight into the DTBET process and the structure-property relationship of the DTBET cassettes. Ratiometric Hg2+ sensors were rationally constructed based on the DTBET mechanism by taking advantage of the intense emission of TPE aggregates. The Hg2+ sensors exhibited well resolved emission peaks. >6000-fold ratiometric fluorescent enhancement is also achieved and the detection limit was found to be as low as 0.3 ppb. This newly proposed DTBET mechanism could be used to develop novel ratiometric sensors for various analytes and AIEgens with DTBET characteristics will have great potential in various areas including light harvesting materials, environmental science, chemical sensing, biological imaging and diagnostics.

Abstract Because of their innate ability to store and then release energy, long‐persistent luminescence (LPL) materials have garnered strong research interest in a wide range of multidisciplinary fields, such as biomedical sciences, theranostics, and photonic devices. Although many inorganic LPL systems with afterglow durations of up to hours and days have been reported, organic systems have had difficulties reaching similar timescales. In this work, a design principle based on the successes of inorganic systems to produce an organic LPL (OLPL) system through the use of a strong organic electron trap is proposed. The resulting system generates detectable afterglow for up to 7 h, significantly longer than any other reported OLPL system. The design strategy demonstrates an easy methodology to develop organic long‐persistent phosphors, opening the door to new OLPL materials.