北化邓建平教授、谭占鳌教授、赵彪副教授《ACS Nano》：具有强圆偏振荧光和室温磷光发射的碳点/手性螺旋聚合物复合膜

2023-04-04 来源：高分子科技

圆偏振发光(circularly polarized luminescence, CPL) 材料作为一类新兴的手性光学功能材料，在三维显示、光学识别传感器、光存储器件、生物成像等领域具有广阔的应用前景，已成为诸多学科的研究热点。另外，碳点由于自身优异的荧光性能而逐渐被CPL研究领域的学者所关注和研究。然而，如何简单高效地制备具有高发光不对称因子的碳点基CPL材料仍是一大挑战。

近日，北京化工大学邓建平教授/赵彪副教授团队和谭占鳌教授团队合作，以室温磷光碳点、手性螺旋取代聚炔分别作为发光源与手性源，成功制备了具有圆偏振荧光 (CPF) 和圆偏振室温磷光 (CPRTP) 发射的手性发光双层复合膜，其CPF和CPRTP发射的不对称发光因子分别可达10^-1和10^-2数量级。在此基础上，通过引入红色荧光组分，进一步实现了白光CPL发射以及多重信息显示与加密应用。

图1. (a)室温磷光碳点的制备和(b)具有CPF与CPRTP性能的碳点/手性螺旋聚合物复合膜的制备

在本文中，作者首先以二乙烯三胺和磷酸作为原料，通过微波辅助法制备得到了室温磷光碳点，其磷光发射寿命可达1.23s。移除激发光后，肉眼可以观察到超过10s的余辉发射。随后，利用手性螺旋取代聚炔作为手性过滤器，在无需任何分子间相互作用的情况下实现了材料的高效CPF和CPRTP发射。此外，基于手性螺旋取代聚炔对光的选择性吸收特性，双层膜可以将非偏振的激发光转化为圆偏振激发光，进而使处于手性激发环境中的碳点直接发射CPF，使得手性发光双层膜具有双向CPF发射能力。在手性发光双层膜的基础上，作者向膜中添加红色尼罗红荧光染料进一步实现了白光CPL膜的构筑。最后，利用碳点的荧光、室温磷光双重发射以及复合膜的白光发射，作者探究了该薄膜材料在多重信息显示与加密领域的应用潜力。本研究为设计和构建碳点基CPRTP材料提供了一种新思路。

图2. 室温磷光碳点的结构与光学性能表征

图3. 碳点/手性螺旋聚合物复合膜的光学、手性及CPL性能表征

图4. 白光CPL复合膜的光学表征及应用

以上研究以“Intense Circularly Polarized Fluorescence and Room-Temperature Phosphorescence in Carbon Dots/Chiral Helical Polymer Composite Films”为题, 在线发表在ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c00713)上。论文第一作者为北京化工大学研究生马烁和马环宇，通讯作者为邓建平教授、谭占鳌教授和赵彪副教授。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c00713

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（责任编辑：xu）

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