北京林业大学彭锋教授团队 Small：基于点击化学快速制备全色可调室温磷光纤维素

2023-11-23 来源：高分子科技

有机室温磷光材料由于其低毒性、灵活的结构修饰优势以及在生物成像、传感、防伪加密等方面的广泛应用，在最近几年成为研究热点。然而，大部分有机室温磷光材料通过复杂耗时的化学合成路线制备，伴随着使用有毒、昂贵的有机溶剂和不可降解的石油基聚合物。纤维素是自然界中最丰富的可再生和可降解聚合物，是替代石油基聚合物构建有机室温磷光材料的理想基质。然而，纤维素不溶于常见的溶剂，且其C2和C3位置羟基反应活性低，严重制约了纤维素室温磷光材料的发展。

针对以上挑战，北京林业大学材料学院彭锋教授团队在天然产物室温磷光材料的研究基础上(Adv. Mater. 2023, 2305126. https://doi.org/10.1002/adma.202305126; Cell Rep. Phys. Sci. 2022, 3, 101015; Chem. Eng. J. 2023, 451, 138923; J. Mater. Chem. C 2022, 10, 15629)，开发了一种快速制备室温磷光纤维素的环保新策略，先通过定向氧化还原方法重构纤维素，然后利用重构的环外伯羟基纤维素优异的水溶性和高羟基反应活性，以纯水为溶剂通过硼-氧点击化学在1分钟内与不同共轭程度的芳基硼酸发色团共价反应，制备了全色可调的室温磷光纤维素（图1）。共价键和氢键所提供的双重刚性环境可以高效限制发色团运动，稳定三线态激子，使室温磷光纤维素展现出超长磷光寿命（2.67 s）、高磷光量子产率（9.37%）和高绝对余辉亮度（348 mcd m^-2）。室温磷光纤维素可应用于无毒的防伪加密油墨、延迟照明和余辉显示等领域。该工作为制备颜色可调的长寿命室温磷光材料提供了环保新思路，同时，以纯水为溶剂的简单制备工艺使该策略具有良好的应用前景。

图1 基于点击化学快速制备全色可调的室温磷光纤维素

如图2所示，随着芳基硼酸共轭程度的增加，磷光纤维素表现出蓝色、绿色到红色的全色余辉，磷光纤维素的寿命最长可达2.67 s，肉眼可观察到20 s以上的余辉。通过一系列的对照实验和光谱表征验证了磷光纤维素中形成了硼-氧共价键，共价键和氢键提供的刚性环境能够稳定三线态激子，从而使材料表现出优异的磷光性能，可与大部分石油聚合物基室温磷光材料媲美。

图2 室温磷光纤维素的光物理性质

磷光纤维素通过纤维素链的不同相互作用和发色团的不同聚集程度等因素形成了多种发光中心，从而产生了独特的激发波长和延迟时间依赖性变色磷光（图3）。从图中可以看出，磷光纤维素的磷光颜色随着激发波长的改变而变化。

图3 磷光纤维素的激发波长依赖特性变色磷光

鉴于其优异的室温磷光性能和水溶性，这些环境友好的磷光纤维素可以用于无毒的防伪加密磷光油墨，延迟照明和余辉显示等领域，拓宽了纤维素的应用场景（图4）。

图4 全色可调磷光纤维素的应用示例

以上研究成果以“Facile preparation of full-color tunable room temperature phosphorescence cellulose via click chemistry”为题发表于《Small》期刊。北京林业大学博士研究生高倩为第一作者，青年教师吕保中和彭锋教授为共同通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金（32225034）、制浆造纸工程国家重点实验室开放基金（202308）、中央高校基本科研业务费专项资金资助（QNTD202302, BLX202131）等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202309131

下载：Facile preparation of full-color tunable room temperature phosphorescence cellulose via click chemistry

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（责任编辑：xu）

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