近日，我校材料學院彭鋒教授團隊在半纖維素室溫磷光研究的基礎上，創(chuàng)新性地提出限域調(diào)制簇聚誘導發(fā)光策略構建半纖維素時間依賴性變色磷光（TDPC）材料，充分挖掘半纖維素非典型發(fā)光體的高效簇聚誘導磷光潛力，引起了領域內(nèi)的高度關注。相關成果以“木聚糖碳化聚合物點的限域調(diào)制簇聚誘導時間依賴性變色磷光（Confinement-modulated clusterization-triggered time-dependent phosphorescence color from xylan-carbonized polymer dots）”為題發(fā)表于化學領域頂級期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society，簡稱JACS）。
在信息加密、三維顯示和多路成像領域，相比于目前大多數(shù)靜態(tài)有機室溫磷光材料，隨延遲時間動態(tài)變色的磷光材料展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，具有廣闊的應用潛力。然而，TDPC材料的探索尚處于初步階段，僅有少量成功的案例，且目前報道的有機TDPC材料普遍存在合成繁瑣、穩(wěn)定性差等問題，其構造策略和發(fā)光機理仍是領域內(nèi)難題。
圖1基于限域調(diào)制簇聚誘導發(fā)光策略制備具有TDPC性能的CMX-CPDs
針對以上挑戰(zhàn)，我校材料學院彭鋒教授團隊在率先發(fā)現(xiàn)半纖維素室溫磷光的基礎上（Cell Rep. Phys. Sci. 2022, 3, 101015，Nature期刊亮點報道），以羧甲基化改性木聚糖類半纖維素(CMX)為原料，通過乙二胺交聯(lián)進一步將木聚糖轉化為具有分級殼核結構的碳化聚合物點（CPDs），將木聚糖碳化聚合物點（CMX-CPDs）限域于二氧化硅中（CMX-CPDs@SiO2）調(diào)制其簇聚誘導發(fā)光性質，與氧元素相關的殼結構繼承了木聚糖的綠色磷光中心，與氮元素相關的交聯(lián)核結構則在限域環(huán)境中產(chǎn)生了新的高能藍色磷光中心，兩種磷光壽命不同的發(fā)光中心共存，最終產(chǎn)生了高對比度TDPC現(xiàn)象，余輝顏色隨時間從藍色轉變到藍綠色再到綠色，磷光波長位移超80nm。這項工作在首次發(fā)現(xiàn)了半纖維素材料能發(fā)磷光后，進一步證明了半纖維素在構建變色磷光材料時具有的獨特優(yōu)勢。
無基質CMX-CPDs在環(huán)境條件下發(fā)出較為微弱的黃綠色磷光余輝，持續(xù)時間大約為3s，沒有明顯的TPDC特征。相比較之下，CMX-CPDs@SiO2展現(xiàn)出明亮的磷光余輝，持續(xù)時間大于13s，并且其展現(xiàn)雙磷光峰特征，在發(fā)光波長425nm處出現(xiàn)了一個新的藍色磷光中心。CMX-CPDs@SiO2具有明顯的TDPC性能，短壽命但磷光強度高的藍色磷光中心起初對磷光顏色占主導地位，隨著時間的推移，長壽命但磷光強度低的綠色發(fā)光中心逐漸占主導地位，引起典型的TDPC現(xiàn)象。CMX-CPDs@SiO2在水環(huán)境中也能發(fā)出磷光，在水中浸泡一個月后，磷光強度和持續(xù)時間基本保持不變，說明CMX-CPDs@SiO2具有長久穩(wěn)定性。
圖2 CMX-CPDs和CMX-CPDs@SiO2的光學性質
鑒于其優(yōu)異的TPDC性能和水穩(wěn)定性，將CMX-CPDs@SiO2摻入水凝膠中，可用于監(jiān)測水凝膠裝置形變，并有望賦予水凝膠基軟體致動器、機器人智能響應能力。同時，TDPC材料可以提供額外的信息通道，增強信息的加載能力，提高信息加密和防偽的安全等級。這項工作為動態(tài)發(fā)光材料的構建提供了新思路，在半纖維素高值化利用的結構及改性方面提供了新思考。
圖3 CMX-CPDs@SiO2的應用示例
我校材料學院碩士研究生史美超為第一作者，青年教師呂保中和彭鋒教授為共同通訊作者。該研究得到了國家杰出青年科學基金（32225034）等項目的支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07034
