近日，我校材料學(xué)院彭鋒教授團隊在半纖維素室溫磷光研究的基礎上，創(chuàng )新性地提出限域調制簇聚誘導發(fā)光策略構建半纖維素時(shí)間依賴(lài)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(lǐng)域內的高度關(guān)注。相關(guān)成果以“木聚糖碳化聚合物點(diǎn)的限域調制簇聚誘導時(shí)間依賴(lài)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(xué)領(lǐng)域頂級期刊《美國化學(xué)會(huì )志》（Journal of the American Chemical Society，簡(jiǎn)稱(chēng)JACS）。

在信息加密、三維顯示和多路成像領(lǐng)域，相比于目前大多數靜態(tài)有機室溫磷光材料，隨延遲時(shí)間動(dòng)態(tài)變色的磷光材料展現出顯著(zhù)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、穩定性差等問(wèn)題，其構造策略和發(fā)光機理仍是領(lǐng)域內難題。

圖1基于限域調制簇聚誘導發(fā)光策略制備具有TDPC性能的CMX-CPDs

針對以上挑戰，我校材料學(xué)院彭鋒教授團隊在率先發(fā)現半纖維素室溫磷光的基礎上（Cell Rep. Phys. Sci. 2022, 3, 101015，Nature期刊亮點(diǎn)報道），以羧甲基化改性木聚糖類(lèi)半纖維素(CMX)為原料，通過(guò)乙二胺交聯(lián)進(jìn)一步將木聚糖轉化為具有分級殼核結構的碳化聚合物點(diǎn)（CPDs），將木聚糖碳化聚合物點(diǎn)（CMX-CPDs）限域于二氧化硅中（CMX-CPDs@SiO₂）調制其簇聚誘導發(fā)光性質(zhì)，與氧元素相關(guān)的殼結構繼承了木聚糖的綠色磷光中心，與氮元素相關(guān)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現象，余輝顏色隨時(shí)間從藍色轉變到藍綠色再到綠色，磷光波長(cháng)位移超80nm。這項工作在首次發(fā)現了半纖維素材料能發(fā)磷光后，進(jìn)一步證明了半纖維素在構建變色磷光材料時(shí)具有的獨特優(yōu)勢。

無(wú)基質(zhì)CMX-CPDs在環(huán)境條件下發(fā)出較為微弱的黃綠色磷光余輝，持續時(shí)間大約為3s，沒(méi)有明顯的TPDC特征。相比較之下，CMX-CPDs@SiO₂展現出明亮的磷光余輝，持續時(shí)間大于13s，并且其展現雙磷光峰特征，在發(fā)光波長(cháng)425nm處出現了一個(gè)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(zhù)時(shí)間的推移，長(cháng)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現象。CMX-CPDs@SiO₂在水環(huán)境中也能發(fā)出磷光，在水中浸泡一個(gè)月后，磷光強度和持續時(shí)間基本保持不變，說(shuō)明CMX-CPDs@SiO₂具有長(cháng)久穩定性。

圖2 CMX-CPDs和CMX-CPDs@SiO₂的光學(xué)性質(zhì)

鑒于其優(yōu)異的TPDC性能和水穩定性，將CMX-CPDs@SiO₂摻入水凝膠中，可用于監測水凝膠裝置形變，并有望賦予水凝膠基軟體致動(dòng)器、機器人智能響應能力。同時(shí)，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(dòng)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(xué)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(xué)基金（32225034）等項目的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07034