有机室温磷光材料在光电器件、生物成像、信息加密和防伪等领域展现了极具潜力的应用前景,近年来获得了广泛的关注。然而,有机分子三线态激子非辐射失活严重,前期研究通常需要基于复杂的化学或者物理手段制备有机室温磷光材料,且人工合成室温磷光材料面临着难以大规模制备、可加工性能低、颜色可调性差、缺乏可再生性及污染环境等一系列问题。自然界中常见的聚合物,如纤维素、蛋白质等,在聚集状态下,受到激发时也能发出磷光,这种独特的现象叫做簇聚诱导发光(CTE)。然而,天然产物的三线态激子同样不稳定,目前所报道的天然产物磷光寿命短,难以媲美合成材料。因此,开发更高效的CTE天然室温磷光材料,阐明其分子结构和分子间相互作用对三线激发态调控机制以及余辉颜色可调谐机制对推动相关领域的发展具有重要意义。
近日,北京林业大学材料学院彭锋教授课题组在Cell Press出版集团旗下综合期刊《Cell Reports Physical Science》在线发表题为“Natural ultralong hemicelluloses phosphorescence”的研究论文。作者率先报道了基于半纤维素的室温磷光体系,并发现了木聚糖的长寿命、余辉可调谐室温磷光现象。木聚糖是一类天然多糖,分子内/间存在丰富的氢键作用,且结晶度高、刚性强,其磷光寿命长达588.8 ms。同时,由于多种氧簇的存在,木聚糖也表现出激发波长依赖性和延迟时间依赖性颜色可调谐余辉。此外,通过氧化反应,进一步将其转化为水溶性双醛基木聚糖,改善其加工成型特性,制备成木聚糖基室温磷光泡沫和薄膜材料。双醛木聚糖中不饱和羰基的存在进一步提升了材料的磷光性能,其寿命延长至近700 ms。
图1. 半纤维素室温磷光现象
图2. 木聚糖光物理性质
图3. 木聚糖室温磷光机理研究
图4. 木聚糖室温磷光材料的应用举例
论文链接:https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(22)00306-X
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