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中科院化學(xué)所張軍/田衛(wèi)國/宋廣杰《Nat. Commun.》：馬來酰亞胺陰離子聚合制備非共軛全彩熒光材料
2022-07-01  來源：高分子科技

  區(qū)別于傳統(tǒng)具有π-共軛苯環(huán)、稠環(huán)或芳雜環(huán)的ACQ和AIE發(fā)光材料，僅含有一些具有孤對(duì)電子的原子（如N，O，S，P）以及非飽和雙鍵或三鍵如（C=O，C=C，C=N和C≡N等）的非傳統(tǒng)或非共軛型的新型發(fā)光材料近來受到人們的廣泛關(guān)注。相較于傳統(tǒng)ACQ或AIE熒光材料，非共軛型熒光材料結(jié)構(gòu)靈活多變、成本較低、方法簡(jiǎn)單，具有大規(guī)模合成與制備的潛力。更為重要的一點(diǎn)，這類材料不含任何稠環(huán)或芳雜環(huán)等具有潛在生物毒性的化學(xué)結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的生物相容性，環(huán)境友好，在生物、醫(yī)藥領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。


  非傳統(tǒng)或非共軛熒光材料的研究方興未艾，但仍存在一些問題，如發(fā)光顏色相對(duì)單一，難以做到可見光區(qū)大范圍的熒光調(diào)節(jié)；發(fā)光機(jī)理尚不明確，缺乏普適性解釋。近日，中科院化學(xué)所張軍研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種全新的聚馬來酰亞胺型非共軛熒光材料，并基于不同高分子聚合反應(yīng)（自由基、陰離子聚合）機(jī)理和條件（催化劑，反應(yīng)時(shí)間，溫度），實(shí)現(xiàn)了同種熒光材料橫跨紅-綠-藍(lán)可見光區(qū)熒光光譜的連續(xù)調(diào)控。

圖1 非共軛熒光材料的制備及表征


 圖2非共軛熒光材料的熒光調(diào)控


  有趣的是，常規(guī)的簇發(fā)光機(jī)理不能解釋這類非共軛熒光材料的發(fā)光性質(zhì)，材料表現(xiàn)出了類似于ACQ的發(fā)光特征。高壓等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從自由基聚合到陰離子聚合，聚馬來酰亞胺重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的連接方式改變，建立起分子內(nèi)電荷傳輸通道，最終因分子內(nèi)及分子間電荷轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)了聚馬來酰亞胺的熒光光譜從藍(lán)光到紅光連續(xù)紅移。 


圖3 非共軛熒光材料的熒光壓力依賴性


 圖4 非共軛熒光材料的發(fā)光機(jī)理圖


  同時(shí)，這類熒光材料具有良好的生物相容性，可應(yīng)用于防偽，指紋識(shí)別以及金屬離子響應(yīng)識(shí)別等領(lǐng)域。 


圖5 非共軛熒光材料的應(yīng)用


  上述結(jié)果以“Anionic polymerization of nonaromatic maleimide to achieve full-color nonconventional luminescence”為題發(fā)表在Nature Communications上。論文第一作者為化學(xué)所博士生季欣，通訊作者為田衛(wèi)國副研究員，宋廣杰副研究員和張軍研究員。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31547-2

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