近红外发光分子具有很多先进的应用,例如夜视仪、导弹导航、照明、生物成像、光热诊疗和传感等。传统的近红外发光分子主要依赖于传统大π结构的有机分子,其中价键共轭(Through-bond conjugation, TBC)被认为是发光不可或缺的因素之一。同时,传统大π结构的有机分子具有合成步骤复杂,加工性差,成本高,危害环境等不足。然而,近年来,人们发现一些非共轭的、只含有杂原子基团的大分子材料,如蛋白质、淀粉和纤维素等,也具有可见光发射的能力,这种特殊现象被称为是基于空间相互作用(Through-space interaction, TSI)的簇发光(Clusteroluminescence, CL)。CL高分子具有较好的生物相容性,可大批量生产和加工,是一类很有前景的发光材料。然而缺乏通用的CL理论来指导设计发光分子结构的设计,使得其光物理性能的调控非常困难,通常CLgens具有短的发射波长(400~500 nm,很少在600 nm)和低的量子效率(~10%)。因此,开发高效、波长可调(特别是红光乃至近红外发射)的CL高分子是一个巨大的挑战,有望推动对发光机制的认识和领域发展。
对于CL材料而言,聚酯是一个理想的研究对象,它的用途广泛,可用作纤维、塑料、包装材料和医用卫生材料等。浙江大学的张兴宏教授课题组长期从事富氧族元素高分子(即“低碳”高分子)的合成研究,近年在环氧化物与环酸酐共聚体系取得了一系列新的进展(Macromolecules 2018, 51, 3126?3134; ACS Appl. Polym. Mater. 2020, 2, 5817?5823; Macromolecules 2021, 54, 6182?6190;Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202117316),为CL的研究打下了坚实的基础。该团队首次可视化了酯簇的存在,并首次在一级结构的层次上通过调控脂肪族聚酯的柔顺性实现量子效率高达38%的黄绿色簇发光(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202114117)。同时,该团队首次建立了多级结构和CL性能的关系,实现了白光至橙光的发射。这些研究既为聚酯的分子结构设计和优化提供了基础,也为推动对CL的认识和新兴发光材料的发展提供了机遇。
图1. P1和P1-aTEA的光物理性能(a: 0.5%~5.0%)
图2. P2和P2-aTEA的光物理性能(a: 0.5%~5.0%)
图3. 胺酯络合物的光物理数据,动态核磁表征和理论模拟
图4. 胺酯络合物的形成过程以及近红外CL的起源
图5. 胺封端聚酯的蓝到近红外CL的机制
原文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-44505-3
- 浙江大学唐本忠院士团队联合张兴宏教授团队 Mater. Horiz.:杂原子促进非共轭聚酯的蓝色至近红外全光色簇发射 2024-02-13
- 武汉大学蔡韬课题组 Macromolecules:吩噻嗪基中空共轭微孔聚合物催化近红外光诱导ATRP用于光协同酶催化循环 2024-10-11
- 香港科技大学颜河、于涵 AFM:聚合物受体中的氟化+硒化协同作用增强近红外光子捕获助力高效半透明全聚合物太阳能电池 2024-04-29
- 武汉大学蔡韬课题组 AFM:利用绒毛状中空共轭微孔聚合物和天然酶实现近红外光诱导光生物催化循环 2024-02-29
- 中山大学顾林课题组 CEJ:在无需外加AIEgens的情况下,利用商业化聚酰胺固化剂的簇发光性质实现环氧涂层自主损伤检测 2024-09-26
- 福建师范大学林正欢教授团队 AFM:多彩TADF型簇发光聚马来酰亚胺 2024-04-16
- 宁波大学陈重一课题组 Biomacromolecules:手性调控聚氨基酸的簇发光 2024-03-04