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

一、分子結構與發光機制

1. 分子結構特征

8-羥基喹啉-鋅配合物的中心離子Zn²⁺為d¹⁰電子構型，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氮原子與Zn²⁺螯合，形成平面共軛的剛性配位結構。這種結構不僅增強了分子的熱穩定性與化學穩定性，還大幅降低了分子振動導致的能量散失，為高效發光提供了結構基礎。

2. 發光核心機制：配體到金屬的電荷轉移（LMCT）與配體內部π-π*躍遷

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

由于Zn²⁺無空的d軌道參與電子躍遷，發光過程幾乎不受金屬離子的影響，因此Znq₂的發光波長主要由8-羥基喹啉配體的共軛結構決定，表現為 藍綠色熒光，最大發射波長約為490~530nm，熒光量子產率可達0.5~0.8（薄膜狀態下）。

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

二、關鍵發光性質

1. 光譜特性：寬發射帶與可調諧波長

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

配體修飾：在8-羥基喹啉環上引入甲基、氟、苯基等取代基，改變共軛體系的電子云密度，實現發射波長的紅移或藍移（如引入苯基可使發射峰紅移至550 nm左右，呈現黃綠色發光）；

摻雜改性：將Znq₂與其他發光材料（如芴類、咔唑類化合物）共混摻雜，通過能量轉移調節發光顏色，拓展色域范圍。

2. 發光效率與穩定性

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

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

3. 電學性質：空穴阻擋與電子傳輸能力

Znq₂不僅是優異的發光材料，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，遠高于空穴遷移率，因此在OLED器件中可同時充當 發光層材料 和 電子傳輸層材料，有效平衡器件中的載流子注入與傳輸，提升器件發光效率與壽命。

三、主要應用領域

1. 有機電致發光二極管（OLED）

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

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

2. 熒光傳感器

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

金屬離子檢測：Cu²⁺等重金屬離子可與Znq₂發生配位競爭，取代中心Zn^²⁺破壞發光結構，導致熒光猝滅，通過熒光強度變化可實現對Cu²⁺的高靈敏度檢測，檢測限可達納摩爾級別；

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

3. 生物成像與標記

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

通過表面修飾（如連接聚乙二醇、靶向肽段），可賦予Znq₂靶向性，實現對特定細胞或細胞器的熒光標記；

其藍綠色熒光與細胞自發熒光重疊少，成像對比度高，適用于活細胞的長期動態監測。

4. 其他領域

8-羥基喹啉-鋅配合物還可用于制備 熒光防偽材料（利用其獨特的熒光波長與強度特征）、有機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（通過調控激發態電子的轉移效率，提升光催化降解有機污染物的性能）。

四、性能優化策略

針對Znq₂在固態下的聚集猝滅、發光顏色單一等問題，常見的優化手段包括：

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

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移提升發光效率；

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

8-羥基喹啉-鋅配合物憑借剛性共軛的分子結構、高效的配體主導發光機制，以及兼具發光與電子傳輸的雙重功能，成為有機光電子材料領域的經典代表。其在OLED、熒光傳感、生物成像等領域的應用，推動了光電子器件的輕量化、柔性化發展。未來通過分子設計與復合改性，8-羥基喹啉-鋅配合物基材料的發光性能與應用范圍將進一步拓展，為新一代光電器件的研發提供核心支撐。

本文來源于黃驊市信諾立興精細化工股份有限公司官網 http://m.hsang.cn/