8-羥基喹啉-鋅配合物（分子式Zn(C₉H₆NO)₂，簡稱 Znq₂）是典型的金屬有機(jī)配合物發(fā)光材料，其分子結(jié)構(gòu)由中心Zn²⁺與兩個8-羥基喹啉配體通過 O,N-雙齒螯合 形成穩(wěn)定的四面體構(gòu)型，這剛性共軛結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的熒光發(fā)光性能，使其在有機(jī)電致發(fā)光二極管（OLED）、熒光傳感器、生物成像等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價值。

一、分子結(jié)構(gòu)與發(fā)光機(jī)制

1. 分子結(jié)構(gòu)特征

8-羥基喹啉-鋅配合物的中心離子Zn²⁺為d¹⁰電子構(gòu)型，無d-d電子躍遷，避免了非輻射躍遷的能量損耗；兩個8-羥基喹啉配體通過羥基氧和喹啉環(huán)氮原子與Zn²⁺螯合，形成平面共軛的剛性配位結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了分子的熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性，還大幅降低了分子振動導(dǎo)致的能量散失，為高效發(fā)光提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

2. 發(fā)光核心機(jī)制：配體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移（LMCT）與配體內(nèi)部π-π*躍遷

8-羥基喹啉-鋅配合物的發(fā)光源于 配體主導(dǎo)的電子躍遷，具體過程為：基態(tài)分子吸收能量后，配體上的電子從至高占據(jù)分子軌道（HOMO，主要為配體的苯環(huán)與喹啉環(huán)π軌道）躍遷至低未占據(jù)分子軌道（LUMO，主要為配體的喹啉環(huán)π*軌道），隨后電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，以熒光形式釋放能量。

由于Zn²⁺無空的d軌道參與電子躍遷，發(fā)光過程幾乎不受金屬離子的影響，因此Znq₂的發(fā)光波長主要由8-羥基喹啉配體的共軛結(jié)構(gòu)決定，表現(xiàn)為 藍(lán)綠色熒光，最大發(fā)射波長約為490~530nm，熒光量子產(chǎn)率可達(dá)0.5~0.8（薄膜狀態(tài)下）。

此外，8-羥基喹啉-鋅配合物的發(fā)光性質(zhì)對分子聚集狀態(tài)敏感：在稀溶液中以單分子形式存在，發(fā)光效率高；在固態(tài)薄膜中易形成分子聚集體，引發(fā) 聚集誘導(dǎo)猝滅（ACQ），導(dǎo)致發(fā)光效率下降，這也是其在OLED應(yīng)用中需要解決的核心問題之一。

二、關(guān)鍵發(fā)光性質(zhì)

1. 光譜特性：寬發(fā)射帶與可調(diào)諧波長

8-羥基喹啉-鋅配合物的吸收光譜在300~400nm處有強(qiáng)吸收峰，對應(yīng)配體的π-π*躍遷；發(fā)射光譜為寬峰型（半峰寬約80~100 nm），峰值波長可通過以下方式調(diào)控：

配體修飾：在8-羥基喹啉環(huán)上引入甲基、氟、苯基等取代基，改變共軛體系的電子云密度，實(shí)現(xiàn)發(fā)射波長的紅移或藍(lán)移（如引入苯基可使發(fā)射峰紅移至550 nm左右，呈現(xiàn)黃綠色發(fā)光）；

摻雜改性：將Znq₂與其他發(fā)光材料（如芴類、咔唑類化合物）共混摻雜，通過能量轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)發(fā)光顏色，拓展色域范圍。

2. 發(fā)光效率與穩(wěn)定性

熒光量子產(chǎn)率：在真空蒸鍍的薄膜中，Znq₂的量子產(chǎn)率可達(dá)0.6~0.7，遠(yuǎn)高于多數(shù)有機(jī)小分子發(fā)光材料；但在溶液中量子產(chǎn)率略低（約0.3~0.5），受溶劑極性影響較大。

熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性：8-羥基喹啉-鋅配合物的分解溫度高于400℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為120℃，在OLED器件的制備與運(yùn)行過程中不易分解；同時，其螯合結(jié)構(gòu)對水、氧的耐受性較強(qiáng)，可在大氣環(huán)境中短期穩(wěn)定存在（長期使用仍需封裝防潮）。

3. 電學(xué)性質(zhì)：空穴阻擋與電子傳輸能力

Znq₂不僅是優(yōu)異的發(fā)光材料，還具有良好的 電子傳輸性能 和 空穴阻擋能力。其電子遷移率約為10^-5~10^-4cm²V·s，遠(yuǎn)高于空穴遷移率，因此在OLED器件中可同時充當(dāng) 發(fā)光層材料 和 電子傳輸層材料，有效平衡器件中的載流子注入與傳輸，提升器件發(fā)光效率與壽命。

三、主要應(yīng)用領(lǐng)域

1. 有機(jī)電致發(fā)光二極管（OLED）

這是8-羥基喹啉-鋅配合物核心的應(yīng)用場景。早期商業(yè)化OLED器件（如手機(jī)屏幕、顯示器）常將Znq₂作為綠光發(fā)光層材料，或作為電子傳輸層材料搭配其他顏色的發(fā)光材料使用。典型器件結(jié)構(gòu)為：ITO/空穴傳輸層/發(fā)光層（Znq₂）/電子傳輸層/陰極。

8-羥基喹啉-鋅配合物基OLED器件的優(yōu)勢在于制備工藝簡單（可通過真空蒸鍍或溶液旋涂成膜）、發(fā)光亮度高（至高亮度可達(dá)10⁵cd/m²以上）、驅(qū)動電壓低（約3~5V）；但缺點(diǎn)是固態(tài)下存在聚集猝滅效應(yīng)，導(dǎo)致器件效率下降，目前多通過摻雜主體材料（如4,4'-雙(9-咔唑)聯(lián)苯，CBP）來抑制聚集，提升發(fā)光效率。

2. 熒光傳感器

8-羥基喹啉-鋅配合物的發(fā)光性質(zhì)對環(huán)境中的金屬離子（如Cu²⁺、Fe³⁺）、有機(jī)溶劑、pH值等敏感，可用于構(gòu)建熒光傳感器：

金屬離子檢測：Cu²⁺等重金屬離子可與Znq₂發(fā)生配位競爭，取代中心Zn^²⁺破壞發(fā)光結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致熒光猝滅，通過熒光強(qiáng)度變化可實(shí)現(xiàn)對Cu²⁺的高靈敏度檢測，檢測限可達(dá)納摩爾級別；

溶劑極性檢測：Znq₂在不同極性溶劑中的發(fā)射波長與強(qiáng)度存在差異，可用于定性判斷溶劑極性，或監(jiān)測溶液體系的極性變化。

3. 生物成像與標(biāo)記

8-羥基喹啉-鋅配合物具有低生物毒性、良好的細(xì)胞膜穿透性和優(yōu)異的熒光性能，可作為生物熒光探針用于細(xì)胞成像：

通過表面修飾（如連接聚乙二醇、靶向肽段），可賦予Znq₂靶向性，實(shí)現(xiàn)對特定細(xì)胞或細(xì)胞器的熒光標(biāo)記；

其藍(lán)綠色熒光與細(xì)胞自發(fā)熒光重疊少，成像對比度高，適用于活細(xì)胞的長期動態(tài)監(jiān)測。

4. 其他領(lǐng)域

8-羥基喹啉-鋅配合物還可用于制備 熒光防偽材料（利用其獨(dú)特的熒光波長與強(qiáng)度特征）、有機(jī)太陽能電池的電子傳輸層（借助其電子傳輸能力），以及 光催化材料（通過調(diào)控激發(fā)態(tài)電子的轉(zhuǎn)移效率，提升光催化降解有機(jī)污染物的性能）。

四、性能優(yōu)化策略

針對Znq₂在固態(tài)下的聚集猝滅、發(fā)光顏色單一等問題，常見的優(yōu)化手段包括：

分子結(jié)構(gòu)修飾：在8-羥基喹啉配體上引入大位阻基團(tuán)（如叔丁基、金剛烷基），阻礙分子間的π-π堆積，抑制聚集猝滅，提升固態(tài)發(fā)光效率；

主體-客體摻雜體系：將8-羥基喹啉-鋅配合物作為客體摻雜到寬禁帶主體材料（如CBP、TPBi）中，摻雜濃度控制在5%~10%，可有效減少分子聚集，同時通過主體到客體的能量轉(zhuǎn)移提升發(fā)光效率；

納米化改性：將Znq₂制備成納米顆粒（如納米棒、納米晶），利用納米尺寸效應(yīng)調(diào)控發(fā)光性質(zhì)，同時增強(qiáng)其在水溶液中的分散性，拓展生物應(yīng)用場景。

8-羥基喹啉-鋅配合物憑借剛性共軛的分子結(jié)構(gòu)、高效的配體主導(dǎo)發(fā)光機(jī)制，以及兼具發(fā)光與電子傳輸?shù)碾p重功能，成為有機(jī)光電子材料領(lǐng)域的經(jīng)典代表。其在OLED、熒光傳感、生物成像等領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了光電子器件的輕量化、柔性化發(fā)展。未來通過分子設(shè)計(jì)與復(fù)合改性，8-羥基喹啉-鋅配合物基材料的發(fā)光性能與應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓展，為新一代光電器件的研發(fā)提供核心支撐。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.cctiao.cn/