本研究由新加坡国立大学（National University of Singapore）的Zesen Lin、Bin Liu，中国科学技术大学（University of Science and Technology of China）的Meng Zhou，以及日本九州大学（Kyushu University）的Chihaya Adachi等学者合作完成，发表于 Nature Communications (2026)。论文题为《Unveiling the emission mechanism in analog-doped carbazole-based organic afterglow materials》，系统揭示了咔唑类模拟掺杂有机长余辉材料的发光机理。

有机固体长余辉现象过去十年备受关注，然而在咔唑体系中，早期基于聚集态的解释已被修正，痕量咔唑类似物杂质被认为是余辉的真正来源。但此前广泛假设的电荷俘获机制无法解释指数型衰减动力学，且缺乏充分的实验验证。因此，本研究的核心目标是建立统一、自洽的发光机制框架，阐明三重态激子俘获、载流子俘获、能量转移与激子扩散等过程之间的定量关系。

研究选取了两个代表性体系：以3,3‘-二（9H-咔唑-9-基）-1,1’-联苯（mCBP）为主体、苯并吲哚（BD）或苯并咔唑（BCz）衍生物为客体的局域激发态（LE）体系，以及以二苯基咔唑三嗪（DPhCzT）为主体、同类客体分子的分子内电荷转移（intra-CT）体系。作者首先通过相同条件下的微分脉冲伏安法精确测量了所有分子的HOMO/LUMO能级，发现咔唑类主体与其类似物客体之间的LUMO偏移极小，客体不能作为有效电子陷阱，而三重态能级差始终大于0.5 eV，证明客体为深三重态激子陷阱。

作者将主体-客体体系与客体掺杂聚苯乙烯（PS）惰性基质进行系统对比。荧光与磷光光谱、寿命及量子产率数据表明，主客体体系中的磷光完全来自客体分子，与PS掺杂膜几乎一致。主客体体系的磷光量子产率并未提高，反而因额外淬灭途径略低于PS体系。利用高灵敏度自建装置，在弱激发条件下观察到了极弱的幂律衰减长持续发光（LPL），其强度比三重态磷光低3–4个数量级，确认电荷分离态确实存在但贡献极小。

通过毫秒瞬态吸收光谱（ms-TAS）与电化学自由基离子谱对比，未检测到任何自由基离子特征吸收，而毫秒激发态吸收与客体三重态吸收完全吻合，证实指数型余辉来自客体三重态而非电荷分离态。飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）结合时间分辨发射光谱表明，体系中不存在可观测的分子间电荷转移（inter-CT）态，但存在高效的Förster共振能量转移。

延迟荧光（DF）在两类体系中来源不同。mCBP体系中的DF呈现超线性激发依赖，符合三线态-三线态湮灭（TTA）特征；而DPhCzT体系中的DF呈单光子激发、温度无关且浓度无关，被归因于从主三重态到客体单重态的磷光共振能量转移（PRET）。作者通过计算Förster积分和供受体间距分布，定量解释了PRET-DF先幂律后指数衰减的动力学特征。

能量转移分析表明，mCBP体系的Förster半径约为1.8 nm，单线态激子扩散长度达5.6 nm，在1 mol%掺杂时能量转移效率超过90%；而DPhCzT体系Förster半径仅约0.8 nm，能量转移效率较低，与观察到的主客体混合发射一致。最终作者提出了三级层次的自洽发光机制：分子层面明确各能级与速率常数；激子扩散层面区分单线态Förster型扩散与三线态Dexter型扩散；全局层面整合能量转移、激子扩散、三种余辉路径及电荷分离复合过程。

在应用层面，作者将mCBP异构体作为浅空穴陷阱引入p型有机长持续发光体系，发现约0.1 mol%掺杂可使104秒处的LPL强度提升近一个数量级，表明该类客体在优化器件性能方面具有潜力。本研究澄清了咔唑类模拟掺杂有机余辉的机理争议，建立了统一理论框架，为设计更亮、更持久的纯有机余辉材料提供了量化指导原则。

研究的突出亮点包括：首次通过定量光谱分解与多时间尺度瞬态吸收光谱相结合，将主体-客体体系中的磷光、延迟荧光与长持续发光三种余辉路径完整解耦；利用自建高灵敏度装置在单光子激发条件下检测到极弱LPL，确定电荷分离态的相对比例；提出PRET作为DPhCzT体系中延迟荧光的新机制，并建立了对应的动力学模型；以及通过相同电化学条件下的系统能级测量，排除了客体作为电子陷阱的可能性。此外，研究还强调了标准纯化与诊断流程对于排除痕量三重态陷阱污染物的重要性，并指出聚集特异性态在余辉中的作用仍有待深入研究。