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寧波材料所陳濤、路偉/港中深唐本忠院士《Adv. Mater.》綜述：利用超分子動(dòng)態(tài)相互作用構(gòu)建緊密有序的有機(jī)室溫磷光材料
2024-04-02  來源：高分子科技

  有機(jī)室溫磷光（RTP）材料在信息加密、防偽、生物成像以及化學(xué)傳感等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。然而，如何高效構(gòu)建具有長(zhǎng)壽命、高量子效率以及耐水環(huán)境等性質(zhì)的高性能RTP材料是一個(gè)棘手的科學(xué)問題。該問題的有效解決不僅有助于推動(dòng)先進(jìn)光學(xué)材料的發(fā)展，也將大大拓展RTP材料的實(shí)際應(yīng)用。


  近年來，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室智能高分子材料團(tuán)隊(duì)陳濤研究員和路偉研究員一直致力于利用超分子動(dòng)態(tài)相互作用力可控構(gòu)建復(fù)合發(fā)光材料及其在信息存儲(chǔ)與加密、偽裝與防偽等方面的應(yīng)用研究（Chem. Soc. Rev., 2024, 53, 606; Adv. Mater., 2023, 35, 2300615; Angew. Chem.Int. Ed., 2023, 62, e202300417; Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2310043；Adv. Mater. 2022, 34, 2107452; Adv. Mater., 2022, 34, 2201262; Acc. Chem. Res. 2022, 55, 16, 2291; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 21890; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 3640）。近日，該團(tuán)隊(duì)受邀與唐本忠院士在 Advanced Materials 上發(fā)表了題為“Targeting Compact and Ordered Emitters by Supramolecular Dynamic Interactions for High-performance Organic Ambient Phosphorescence.”的綜述（Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202311347）。該綜述系統(tǒng)總結(jié)了利用超分子動(dòng)態(tài)相互作用力構(gòu)建緊密有序高性能RTP材料的研究進(jìn)展（圖1）。


  文中，作者重點(diǎn)介紹了利用超分子動(dòng)態(tài)相互作用力構(gòu)建緊密有序發(fā)光體對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能RTP發(fā)光的重要作用，包括促進(jìn)系間竄越（ISC），增加自旋軌道耦合（SOC），有效降低非輻射能量耗散以及形成淬滅劑屏障等。因此，相比較于無序的發(fā)光體系，緊密有序的發(fā)光體系往往具有更加優(yōu)越的RTP性能 （圖2）。一方面，超分子動(dòng)態(tài)相互作用力賦予材料體系良好的動(dòng)態(tài)性和可逆性，形成緊密有序的發(fā)光體，有利于形成可靠屏障以有效降低氧氣、水等淬滅劑的影響，獲得其他方法難以實(shí)現(xiàn)的水相磷光；另一方面，多重超分子動(dòng)態(tài)相互作用的調(diào)控作用不僅有利于實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的可控，而且有助于大大提升材料在發(fā)光量子效率、壽命等方面的性能。首先，結(jié)合近年來領(lǐng)域內(nèi)的代表性研究工作，作者系統(tǒng)總結(jié)了利用超分子動(dòng)態(tài)相互作用力構(gòu)筑有序RTP體系的方法 （圖3）。具體的構(gòu)筑策略包括：（1）多重氫鍵、π-π堆積以及范德華力等超分子動(dòng)態(tài)相互作用驅(qū)動(dòng)發(fā)光小分子自發(fā)形成緊密有序的發(fā)光體（圖4-6）；（2）利用靜電、離子鍵、親疏水等超分子動(dòng)態(tài)作用力調(diào)控發(fā)光聚合物形成剛性、有序的發(fā)光體 （圖7）；（3）受限環(huán)境（剛性聚合物網(wǎng)絡(luò)、囊泡、大環(huán)主體、納米黏土等）介導(dǎo)的分子自組織，構(gòu)筑有序的發(fā)光體系 （圖8-11）。詳細(xì)歸納、總結(jié)了利用這些策略所制備的有序RTP材料在磷光壽命、量子效率以及耐水環(huán)境等方面的突出性能。其次，仔細(xì)回顧了有序RTP材料在生物成像（圖12）、光電器件與余輝顯示（圖13）、信息加密與防偽（圖14）以及化學(xué)傳感（圖15）等方面的重要應(yīng)用。作者在文中強(qiáng)調(diào)了有序RTP材料在水環(huán)境中優(yōu)越的發(fā)光性能為高信噪比的生物成像以及化學(xué)傳感等應(yīng)用提供更大的可能性。此外，有序RTP材料的長(zhǎng)壽命、高量子效率以及豐富的光學(xué)可調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)有助于獲得高性能光電器件，為光學(xué)顯示提供額外的時(shí)間維度，提升信息加密與防偽的安全等級(jí)。最后，對(duì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，討論了領(lǐng)域中存在的研究問題，并對(duì)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，激發(fā)更多的研究興趣，促進(jìn)先進(jìn)光學(xué)材料的發(fā)展。


 圖1：高性能有序RTP的構(gòu)筑策略及應(yīng)用。


 圖2：無序與有序RTP的發(fā)光機(jī)理對(duì)比。


 圖3：利用超分子動(dòng)態(tài)相互作用構(gòu)建緊密有序的RTP發(fā)光體系。


 圖4：多重氫鍵驅(qū)動(dòng)小分子組裝形成有序發(fā)光體。


 圖5：氫鍵和π-π作用等驅(qū)動(dòng)熒光團(tuán)形成有序RTP體系。


 圖6：六硫苯衍生物的聚集與堆積作用形成有序RTP體系。


 圖7：利用離子鍵、范德華力等超分子動(dòng)態(tài)作用力調(diào)控聚合物形成緊密有序發(fā)光體。


 圖8：熒光團(tuán)在聚合物網(wǎng)絡(luò)中的組裝與聚集形成緊密有序的RTP體系。


 圖9：囊泡、納米黏土等介導(dǎo)的分子自組織形成有序發(fā)光體系。


 圖10：基于環(huán)糊精大環(huán)的主客體發(fā)光體系。


 圖11：基于葫蘆脲大環(huán)的主客體發(fā)光體系。


 圖12：有序RTP材料在生物成像中的應(yīng)用。


 圖13：有序RTP材料在光電器件以及余輝顯示中的應(yīng)用。


 圖14：有序RTP材料在信息加密與防偽中的應(yīng)用。


 圖15：有序RTP材料在化學(xué)傳感中的應(yīng)用。


  寧波材料所博士后尹光強(qiáng)為論文第一作者，路偉研究員、陳濤研究員和唐本忠院士為論文通訊作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金 （22205249）, 浙江省自然科學(xué)基金 （LQ23B040002, LD22A020002）, 中德合作國(guó)際交流基金 （M-0424）, 寧波國(guó)際合作項(xiàng)目（2023H019）,中國(guó)博士后科學(xué)基金（2021TQ0341, 2022M723252）, 浙江省自然科學(xué)基金（LQ23B040002）, 寧波市自然科學(xué)基金（2021J203）, 中國(guó)科學(xué)院寧波材料所所長(zhǎng)基金（2021SZKY0305）等項(xiàng)目的資助。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202311347


  課題組鏈接：https://smartpolymers.nimte.ac.cn

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