吡啶基咔唑晶体及其长寿命室温磷光研究

赵璐†; 王晓澳†; 梁文娟; 白云峰; 冯锋

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吡啶基咔唑晶体及其长寿命室温磷光研究

Study on Pyridinyl carbazole Crystals and Their Long-Lifetime Room-Temperature Phosphorescence

投稿时间：2026-04-05 修订日期：2026-05-07

DOI：

中文关键词: 咔唑，吡啶，有机室温磷光，长寿命，晶体

英文关键词:Carbazole, Pyridine, Organic room-temperature phosphorescence, Long lifetime, Crystals

基金项目:国家自然科学基金项目（No.22476118）

作者	单位	邮编
赵璐†	山西大同大学化学与化工学院	037009
王晓澳†	山西大同大学化学与化工学院
梁文娟	山西大同大学化学与化工学院
白云峰	山西大同大学化学与化工学院；山西大同大学农学与生命科学学院
冯锋^*	山西大同大学化学与化工学院	037009

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中文摘要:

本文合成了9-(吡啶-4-基)-9H-咔唑（9-PC），通过核磁共振氢谱和质谱确证了其化学结构。紫外-可见吸收光谱表明，9-PC表现出咔唑化合物特有的π-π*跃迁吸收峰，与母体咔唑相似，保留了咔唑基团的基本电子结构。系统的光物理性质表征及与母体咔唑（Cz）和N-甲基咔唑（9-Me-C）的对比显示，9-PC晶体具有优异的室温磷光特性，磷光寿命长达424.5 ms，远超Cz和9-Me-C。X-射线单晶衍射分析表明，9-PC分子间形成独特的反向π-π堆积和C–H···π氢键网络，构建了刚性分子环境，有效稳定了三重态激子。本研究证明，在咔唑N-位引入吡啶基可协同调控分子堆积与电子结构，显著延长室温磷光寿命，为开发新型长寿命有机室温磷光材料提供了可行的分子设计策略，在光电显示、信息加密、生物成像等领域具有潜在的应用前景。

英文摘要:

In this work, 9-(pyridin-4-yl)-9H-carbazole (9-PC) was synthesized and its chemical structure was confirmed by 1H NMR spectroscopy and mass spectrometry. UV-Vis absorption spectra showed that 9-PC exhibits the characteristic π-π* transition of carbazole compounds, similar to that of the parent carbazole, indicating that the 9-PC molecule retains the basic electronic structure of the carbazole group. Systematic photophysical property characterization and comparison with parent carbazole (Cz) and N-methylcarbazole (9-Me-C) revealed that 9-PC crystals possess excellent room-temperature phosphorescence with a lifetime up to 424.5 ms, far exceeding those of Cz and 9-Me-C. Single-crystal X-ray diffraction analysis demonstrated that unique antiparallel π-π stacking and C–H···π hydrogen bonding networks in 9-PC construct a rigid molecular environment that effectively stabilizes triplet excitons. This study demonstrates that introducing a pyridyl group at the N-position of carbazole can synergistically modulate molecular packing and electronic structure, thereby significantly prolonging the RTP lifetime. It provides a feasible molecular design strategy for developing new long-lived organic RTP materials with potential applications in optoelectronic displays, information encryption, and bioimaging.

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