上科大叶春洪、朱幸俊课题组《J. Mater. Chem. C》：抗水性聚合物基室温长余辉材料

2022-11-10 来源：高分子科技

聚合物基室温磷光材料在光源关闭后仍可持续发光，在有机发光材料的构建、传感器、信息加密、防伪等领域具有广泛的应用前景。目前实现有效室温磷光的主要策略是通过在磷光发色团和聚合物基质之间引入二级相互作用（氢键、离子键等），进而抑制非辐射跃迁，实现长余辉发光。但这类设计对环境因素（如水，高湿度等）较为敏感，导致氢键等二级作用力被破坏，影响磷光发射性能。

针对上述问题，上海科技大学叶春洪、朱幸俊课题组合作，通过将稠环芳烃分子掺杂至聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，实现室温磷光材料的构建，展现出最高可达1.27s的磷光寿命、持续12s的发光和233nm的斯托克斯位移，且在水溶液中，仍具有稳定的磷光特性。进一步通过光物理分析和瞬态光谱分析，证实该刚性聚合物体系中，发光材料单线态到三线态的隙间窜跃（ISC）速率可提高三个数量级。该材料优异的磷光发射性质，可构建大尺寸二维、三维发光材料，并展现出加密、磷光图案化可多次擦写的性能。该研究以题为“Ultralong Room-Temperature Phosphorescence from Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Accelerating Intersystem Crossing within Rigid Polymer Network”的论文发表于《J. Mater. Chem. C》（DOI: 10.1039/D2TC02557D.）

图1.稠环芳烃掺杂的PMMA磷光材料及其发光性能

作者选择萘、菲、芘为磷光发色团，将这些染料分子掺入MMA单体中，MMA本体聚合后得到掺杂有染料分子的聚合物材料，这种方法可以大面积制备二维膜和三维复杂结构的材料。这三种发色团分子结构简单稳定，不易在基体聚合反应过程中产生不可控的化学作用，而改变能级进而影响磷光发射，它们的三线态能级发射范围处于可见光区域且具有较长的寿命。这三种材料通过紫外光照处理三分钟后，显示了较长时间的磷光寿命，其中菲在PMMA中的寿命可达1.27s，余辉可持续12s（图1）。通过对其光物理性质的探究，认为PMMA的刚性结构可以极大程度上减少磷光分子非辐射衰减，提升单线态到三线态的隙间窜跃速度。与此同时，紫外光照处理可消除材料中的三线态氧，PMMA较高的隔氧性能可以一定程度上减少环境中氧气对磷光的淬灭。

图2.该材料在图案化长余辉大面积薄膜中的应用

利用室温磷光光响应性质，通过掩模版设计可对PMMA透明薄膜进行图案化书写，图案化的样品即使浸泡在水中仍可呈现明显的余辉。长时间放置或者通氧处理后可对图案进行擦除，进而达到可反复书写的目的（图2）。

上海科技大学助理研究员孟晓博士，研究生胡倩和王习为本文共同第一作者，叶春洪和朱幸俊研究员为本文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、上科大启动经费、上科大“双一流”材料学科建设基金、国家海外青年人才引进项目、上海浦江人才计划和上海市“扬帆”计划的资助。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/tc/d2tc02557d

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（责任编辑：xu）

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