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蘭州大學(xué)呂少瑜、卞鳳玲 AFM：水下長(zhǎng)壽命室溫磷光水凝膠
2024-11-08  來源：高分子科技

  有機(jī)室溫磷光在光電領(lǐng)域和生物成像方面展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。然而，水分子的淬滅嚴(yán)重限制了有機(jī)室溫磷光材料在潮濕或水下環(huán)境中的應(yīng)用。近期，蘭州大學(xué)呂少瑜、卞鳳玲團(tuán)隊(duì)通過丙烯酰胺(AM)和發(fā)色團(tuán)N-[4-(9H -咔唑9-基)苯基]-2-丙烯酰胺(CzPA)共聚，制備了一種具有水下磷光性能的水凝膠，其磷光壽命超過500 ms，可實(shí)現(xiàn)10余秒的水下余輝。該水凝膠在水中表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性，利用不同發(fā)色團(tuán)還可實(shí)現(xiàn)水下多色余輝。該工作為開發(fā)具有可持續(xù)水下發(fā)光的水凝膠提供了有效途徑，為室溫磷光材料的水下應(yīng)用提供了新的思路。


圖1. 水下長(zhǎng)壽命室溫磷光水凝膠的構(gòu)建策略


  水凝膠實(shí)現(xiàn)水下室溫磷光的關(guān)鍵在于水凝膠的原位相分離微結(jié)構(gòu)。作者首先合成了CzPA0.10%-co-PAM水凝膠，在80℃的鹽酸(HCl)水溶液中熱處理(H-Treatment)數(shù)小時(shí)后，得到了可在水下持續(xù)發(fā)光的H-CzPA0.10%-co-PAM水凝膠。經(jīng)過H-Treatment的水凝膠中，PAM的部分酰胺基團(tuán)水解生成羧酸基團(tuán)，酰胺基團(tuán)和羧酸基團(tuán)之間形成了致密的氫鍵，因此限制了發(fā)色團(tuán)的非輻射躍遷，并保護(hù)了脆弱的三重態(tài)激子不被水分子淬滅。將H-CzPA0.10%-co-PAM水凝膠放置在水中30天后凝膠不溶脹，磷光壽命也保持穩(wěn)定，30后天余輝與原始凝膠磷光強(qiáng)度相比無明顯變化，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。


圖2. H-CzPA0.10%-co-PAM水凝膠的光物理性能


  最后，作者探索了H-CzPA0.10%-co-PAM水凝膠在信息加密和海洋環(huán)境仿生方面的潛在應(yīng)用。


圖3. H-CzPA0.10%-co-PAM水凝膠在信息加密和水下仿生方面的應(yīng)用


  該工作提出了一種長(zhǎng)壽命室溫磷光水凝膠的設(shè)計(jì)策略，利用強(qiáng)氫鍵形成的分子鏈的聚集和相分離微結(jié)構(gòu)限制了三線態(tài)激子被自由水淬滅，克服了目前磷光材料水下應(yīng)用的局限性，有望拓展室溫磷光材料在水環(huán)境中的應(yīng)用。


  相關(guān)成果近期以“Luminous Fish-Inspired Hydrogels with Underwater Long-Lived Room Temperature Phosphorescence”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。蘭州大學(xué)碩士生陳攀壹和博士生郄浩飛為本文的共同第一作者，蘭州大學(xué)卞鳳玲副教授和呂少瑜教授為文章的共同通訊作者，該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202416430

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