天津大学王勇/陈宇课题组 AOM：高亮度百秒级多彩超长余辉聚合物

2023-11-26 来源：高分子科技

长余辉发光材料是在外界激发停止后仍能持续发光数分钟甚至数小时的光学过程，在生物成像，有机光电，防伪等领域具有优异的应用潜力。高分子长余辉发光材料由于其可加工性能好、成本低廉、毒性低等优点吸引了越来越多的关注。目前，这种材料还较为缺乏，且大多数材料仅表现出单一的发光颜色，而实际应用中却经常需要多种颜色。另外，在聚合物体系中，能够在全波段均能达到分钟级超长余辉时间，仍然存在巨大的挑战。

近日，天津大学王勇/陈宇课题组在全色超长余辉聚合物材料方面取得突破。首先，他们通过超声同步下的B-O点击反应策略，首次在聚合物领域实现了130秒以上的超长余辉时间（图1）。基于这种优异的发光性能，该团队在聚合物制备工艺上进行了系统研究。研究表明，同步超声的引入不仅能在点击反应过程中不断剥离和分散易聚集的磷光分子，还能不断打开聚合物链段，使聚合物与磷光分子之间的反应位点足够均匀和分散，最终将磷光分子锚定在刚性的聚合物基体中，同时也解决了聚合物在成型过程中磷光分子迁移导致的局部聚集问题（图1，2）。理论计算以及机理的研究，均表明这种策略是延长超长余辉时间的关键（图3）。

图1：a) 超声同步B-O点击反应策略流程图及相互作用机理. b-d) 130秒超长余辉材料的发光性能表征.

图2：制备工艺优化，包括：聚合物，分子结构，超声，分散等.

图3: 1D核磁，2D核磁以及理论计算支持发射机理.

其次，为了表明该策略的通用性。该团队也报道了多例长余辉时间达到分钟级的芳基硼酸类分子。其中，蓝色（90秒）和绿色（60秒）的长余辉时间均能达到1分钟以上，也是聚合物领域的首次突破（图4）。另外，该团队也与以往的研究报道进行了对比，研究发现，超声同步下的B-O点击反应策略均能实现长余辉时间的延长。

图4：多种芳基硼酸类分子超长余辉材料的发光性能表征.

但是，要想实现单分子掺杂的长波段长余辉发光（以往的研究一般集中在短波段400-550 nm），长余辉时间往往很难保证。基于以上考虑，该团队引入磷光共振能量转移效应（PRET），采用长余辉时间最优的磷光分子作为能量供体，选用一些商用荧光染料作为能量受体。只需在原有的工艺基础之上添加0.1-0.67 wt%，便可成功实现绿色（115秒）和红色（80秒）超长余辉的重大突破（图5）。这种高度通用的制备方法非常简单高效，可与所有溶液制膜技术兼容，使大面积薄膜的制备成为可能，极具商业价值。该工作以“High-Brightness, Hundred-Second Level Ultra-long Afterglow Polymers Built via Ultrasound-Synchronized B-O-Click Strategy”为题发表在《Advanced Optical Materials》上。该论文第一作者是天津大学理学院2021级博士生陈伟光和2021级硕士生王岩，通讯作者是天津大学理学院王勇教授，陈宇教授和林泽中博士，该研究得到国家自然科学基金，天津大学-青海民族大学自主创新基金以及鸿之微理论计算项目的支持。

图5：基于磷光共振能量转移效应的超长余辉发光调制.

文章信息：Wei-Guang Chen?, Yan Wang?, Zhi-Jian Chen, Hai-Jie Wei, Lei Dang, Ze-Zhong Lin*, Yu Chen* and Yong Wang*. High-Brightness, Hundred-Second Level Ultra-long Afterglow Polymers Built via Ultrasound-Synchronized B-O-Click Strategy. Adv. Optical Mater. 2023, 2302424.

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202302424

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（责任编辑：xu）

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