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天津大學王勇/陳宇課題組 AOM：高亮度百秒級多彩超長余輝聚合物

2023-11-26 來源：高分子科技

長余輝發光材料是在外界激發停止后仍能持續發光數分鐘甚至數小時的光學過程，在生物成像，有機光電，防偽等領域具有優異的應用潛力。高分子長余輝發光材料由于其可加工性能好、成本低廉、毒性低等優點吸引了越來越多的關注。目前，這種材料還較為缺乏，且大多數材料僅表現出單一的發光顏色，而實際應用中卻經常需要多種顏色。另外，在聚合物體系中，能夠在全波段均能達到分鐘級超長余輝時間，仍然存在巨大的挑戰。

近日，天津大學王勇/陳宇課題組在全色超長余輝聚合物材料方面取得突破。首先，他們通過超聲同步下的B-O點擊反應策略，首次在聚合物領域實現了130秒以上的超長余輝時間（圖1）。基于這種優異的發光性能，該團隊在聚合物制備工藝上進行了系統研究。研究表明，同步超聲的引入不僅能在點擊反應過程中不斷剝離和分散易聚集的磷光分子，還能不斷打開聚合物鏈段，使聚合物與磷光分子之間的反應位點足夠均勻和分散，最終將磷光分子錨定在剛性的聚合物基體中，同時也解決了聚合物在成型過程中磷光分子遷移導致的局部聚集問題（圖1，2）。理論計算以及機理的研究，均表明這種策略是延長超長余輝時間的關鍵（圖3）。

圖1：a) 超聲同步B-O點擊反應策略流程圖及相互作用機理. b-d) 130秒超長余輝材料的發光性能表征.

圖2：制備工藝優化，包括：聚合物，分子結構，超聲，分散等.

圖3: 1D核磁，2D核磁以及理論計算支持發射機理.

其次，為了表明該策略的通用性。該團隊也報道了多例長余輝時間達到分鐘級的芳基硼酸類分子。其中，藍色（90秒）和綠色（60秒）的長余輝時間均能達到1分鐘以上，也是聚合物領域的首次突破（圖4）。另外，該團隊也與以往的研究報道進行了對比，研究發現，超聲同步下的B-O點擊反應策略均能實現長余輝時間的延長。

圖4：多種芳基硼酸類分子超長余輝材料的發光性能表征.

但是，要想實現單分子摻雜的長波段長余輝發光（以往的研究一般集中在短波段400-550 nm），長余輝時間往往很難保證。基于以上考慮，該團隊引入磷光共振能量轉移效應（PRET），采用長余輝時間最優的磷光分子作為能量供體，選用一些商用熒光染料作為能量受體。只需在原有的工藝基礎之上添加0.1-0.67 wt%，便可成功實現綠色（115秒）和紅色（80秒）超長余輝的重大突破（圖5）。這種高度通用的制備方法非常簡單高效，可與所有溶液制膜技術兼容，使大面積薄膜的制備成為可能，極具商業價值。該工作以“High-Brightness, Hundred-Second Level Ultra-long Afterglow Polymers Built via Ultrasound-Synchronized B-O-Click Strategy”為題發表在《Advanced Optical Materials》上。該論文第一作者是天津大學理學院2021級博士生陳偉光和2021級碩士生王巖，通訊作者是天津大學理學院王勇教授，陳宇教授和林澤中博士，該研究得到國家自然科學基金，天津大學-青海民族大學自主創新基金以及鴻之微理論計算項目的支持。

圖5：基于磷光共振能量轉移效應的超長余輝發光調制.

文章信息：Wei-Guang Chen?, Yan Wang?, Zhi-Jian Chen, Hai-Jie Wei, Lei Dang, Ze-Zhong Lin*, Yu Chen* and Yong Wang*. High-Brightness, Hundred-Second Level Ultra-long Afterglow Polymers Built via Ultrasound-Synchronized B-O-Click Strategy. Adv. Optical Mater. 2023, 2302424.

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202302424

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（責任編輯：xu）

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