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北京林業(yè)大學(xué)彭鋒教授團隊 Small：基于點擊化學(xué)快速制備全色可調(diào)室溫磷光纖維素
2023-11-23  來源：高分子科技

  有機室溫磷光材料由于其低毒性、靈活的結(jié)構(gòu)修飾優(yōu)勢以及在生物成像、傳感、防偽加密等方面的廣泛應(yīng)用，在最近幾年成為研究熱點。然而，大部分有機室溫磷光材料通過復(fù)雜耗時的化學(xué)合成路線制備，伴隨著使用有毒、昂貴的有機溶劑和不可降解的石油基聚合物。纖維素是自然界中最豐富的可再生和可降解聚合物，是替代石油基聚合物構(gòu)建有機室溫磷光材料的理想基質(zhì)。然而，纖維素不溶于常見的溶劑，且其C2和C3位置羥基反應(yīng)活性低，嚴重制約了纖維素室溫磷光材料的發(fā)展。


  針對以上挑戰(zhàn)，北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院彭鋒教授團隊在天然產(chǎn)物室溫磷光材料的研究基礎(chǔ)上(Adv. Mater. 2023, 2305126. https://doi.org/10.1002/adma.202305126; Cell Rep. Phys. Sci. 2022, 3, 101015; Chem. Eng. J. 2023, 451, 138923; J. Mater. Chem. C 2022, 10, 15629)，開發(fā)了一種快速制備室溫磷光纖維素的環(huán)保新策略，先通過定向氧化還原方法重構(gòu)纖維素，然后利用重構(gòu)的環(huán)外伯羥基纖維素優(yōu)異的水溶性和高羥基反應(yīng)活性，以純水為溶劑通過硼-氧點擊化學(xué)在1分鐘內(nèi)與不同共軛程度的芳基硼酸發(fā)色團共價反應(yīng)，制備了全色可調(diào)的室溫磷光纖維素（圖1）。共價鍵和氫鍵所提供的雙重剛性環(huán)境可以高效限制發(fā)色團運動，穩(wěn)定三線態(tài)激子，使室溫磷光纖維素展現(xiàn)出超長磷光壽命（2.67 s）、高磷光量子產(chǎn)率（9.37%）和高絕對余輝亮度（348 mcd m-2）。室溫磷光纖維素可應(yīng)用于無毒的防偽加密油墨、延遲照明和余輝顯示等領(lǐng)域。該工作為制備顏色可調(diào)的長壽命室溫磷光材料提供了環(huán)保新思路，同時，以純水為溶劑的簡單制備工藝使該策略具有良好的應(yīng)用前景。


圖1 基于點擊化學(xué)快速制備全色可調(diào)的室溫磷光纖維素


  如圖2所示，隨著芳基硼酸共軛程度的增加，磷光纖維素表現(xiàn)出藍色、綠色到紅色的全色余輝，磷光纖維素的壽命最長可達2.67 s，肉眼可觀察到20 s以上的余輝。通過一系列的對照實驗和光譜表征驗證了磷光纖維素中形成了硼-氧共價鍵，共價鍵和氫鍵提供的剛性環(huán)境能夠穩(wěn)定三線態(tài)激子，從而使材料表現(xiàn)出優(yōu)異的磷光性能，可與大部分石油聚合物基室溫磷光材料媲美。


圖2 室溫磷光纖維素的光物理性質(zhì)


  磷光纖維素通過纖維素鏈的不同相互作用和發(fā)色團的不同聚集程度等因素形成了多種發(fā)光中心，從而產(chǎn)生了獨特的激發(fā)波長和延遲時間依賴性變色磷光（圖3）。從圖中可以看出，磷光纖維素的磷光顏色隨著激發(fā)波長的改變而變化。


圖3 磷光纖維素的激發(fā)波長依賴特性變色磷光


  鑒于其優(yōu)異的室溫磷光性能和水溶性，這些環(huán)境友好的磷光纖維素可以用于無毒的防偽加密磷光油墨，延遲照明和余輝顯示等領(lǐng)域，拓寬了纖維素的應(yīng)用場景（圖4）。


圖4 全色可調(diào)磷光纖維素的應(yīng)用示例


  以上研究成果以“Facile preparation of full-color tunable room temperature phosphorescence cellulose via click chemistry”為題發(fā)表于《Small》期刊。北京林業(yè)大學(xué)博士研究生高倩為第一作者，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(xué)基金（32225034）、制漿造紙工程國家重點實驗室開放基金（202308）、中央高；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助（QNTD202302, BLX202131）等項目的支持。


  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202309131

  下載：Facile preparation of full-color tunable room temperature phosphorescence cellulose via click chemistry

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