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蘭州大學呂少瑜、卞鳳玲 AFM：水下長壽命室溫磷光水凝膠

2024-11-08 來源：高分子科技

有機室溫磷光在光電領域和生物成像方面展現出廣泛的應用潛力。然而，水分子的淬滅嚴重限制了有機室溫磷光材料在潮濕或水下環境中的應用。近期，蘭州大學呂少瑜、卞鳳玲團隊通過丙烯酰胺(AM)和發色團N-[4-(9H -咔唑9-基)苯基]-2-丙烯酰胺(CzPA)共聚，制備了一種具有水下磷光性能的水凝膠，其磷光壽命超過500 ms，可實現10余秒的水下余輝。該水凝膠在水中表現出很高的穩定性，利用不同發色團還可實現水下多色余輝。該工作為開發具有可持續水下發光的水凝膠提供了有效途徑，為室溫磷光材料的水下應用提供了新的思路。

圖1. 水下長壽命室溫磷光水凝膠的構建策略

水凝膠實現水下室溫磷光的關鍵在于水凝膠的原位相分離微結構。作者首先合成了CzPA_0.10%-co-PAM水凝膠，在80℃的鹽酸(HCl)水溶液中熱處理(H-Treatment)數小時后，得到了可在水下持續發光的H-CzPA_0.10%-co-PAM水凝膠。經過H-Treatment的水凝膠中，PAM的部分酰胺基團水解生成羧酸基團，酰胺基團和羧酸基團之間形成了致密的氫鍵，因此限制了發色團的非輻射躍遷，并保護了脆弱的三重態激子不被水分子淬滅。將H-CzPA_0.10%-co-PAM水凝膠放置在水中30天后凝膠不溶脹，磷光壽命也保持穩定，30后天余輝與原始凝膠磷光強度相比無明顯變化，具有優異的穩定性。

圖2. H-CzPA_0.10%-co-PAM水凝膠的光物理性能

最后，作者探索了H-CzPA_0.10%-co-PAM水凝膠在信息加密和海洋環境仿生方面的潛在應用。

圖3. H-CzPA_0.10%-co-PAM水凝膠在信息加密和水下仿生方面的應用

該工作提出了一種長壽命室溫磷光水凝膠的設計策略，利用強氫鍵形成的分子鏈的聚集和相分離微結構限制了三線態激子被自由水淬滅，克服了目前磷光材料水下應用的局限性，有望拓展室溫磷光材料在水環境中的應用。

相關成果近期以“Luminous Fish-Inspired Hydrogels with Underwater Long-Lived Room Temperature Phosphorescence”為題發表在Advanced Functional Materials上。蘭州大學碩士生陳攀壹和博士生郄浩飛為本文的共同第一作者，蘭州大學卞鳳玲副教授和呂少瑜教授為文章的共同通訊作者，該工作得到了國家自然科學基金、甘肅省重點研發計劃以及中央高�；究蒲袠I務費的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202416430

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（責任編輯：xu）

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