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華南師范大學許炳佳團隊 Angew:稠環芳烴的全彩超長室溫磷光和穩定白色有機長余輝
2024-01-29  來源:高分子科技

  近年來,基于聚合物的有機長余輝材料引起了極大的關注。然而,調控這類材料的余輝顏色通常需要精心的分子設計和繁瑣的化學合成,這一過程非常耗時。同時,隨著溫度升高,有機高分子材料的余輝壽命和量子產率往往迅速降低,導致其難以在373 K以上產生持久發光。此外,已報道的材料大多無法在潮濕空氣、水和有機溶劑中發射有機長余輝。上述問題極大地限制了有機長余輝材料的實際應用。因此,開發高效、穩定以及能夠發射全彩和白色有機長余輝的聚合物材料體系,仍然是一項極具挑戰性的課題。


  近日,華南師范大學許炳佳團隊通過溶液聚合及熱壓加工的方法,將三亞苯TP)、菲(PA)、熒蒽(FA)、芘(Py)、苯并[a]蒽(BA)、暈苯(COR)等稠環芳烴嵌入三聚氰胺-甲醛(MF)聚合物中,制備出了具有出色的耐水、耐有機溶劑和耐高溫性能的全彩和白色有機長余輝材料。 


1. 稠環芳烴TPPAFAPyBA的化學結構與能級,以及這些化合物在MF聚合物中的有機長余輝發光性質


  研究發現, TPPAFAPyBACOR等稠環芳烴在低溫下都具有較強的有機長余輝發射能力,而具有致密的三維共價網絡結構的MF聚合物則能為這些化合物在常溫甚至高溫下釋放其余輝潛力提供優越的平臺。其中,以TPPAFAPyBA為客體所制備的MF聚合物材料能發射從藍色到紅色的超長有機磷光(UOP),從而實現全彩有機長余輝發光。TP-MF-0.1wt%PA-MF-1.0wt%在室溫空氣中的磷光量子產率分別為17.0%12.7%,壽命分別可達4.552.08秒。 


2. 稠環芳烴COR的化學結構以及其在MF聚合物和環氧聚合物中的有機長余輝發光性質


  進一步研究表明,COR-MF-0.01wt%能同時發射超長熱激活延遲熒光(TADF)和超長有機磷光,其在室溫空氣中的余輝量子產率可達22.7%,壽命長達4.83秒。同時,在280~440 K范圍內,通過簡單地調節溫度即可在黃色和藍色之間線性地調控COR-MF-0.01wt%余輝發光顏色。440 K的高溫下,COR-MF-0.01wt%仍然能產生壽命長達0.68 秒的藍色長余輝。即便在210 °C,薄膜也還能發射約2秒的余輝。更有趣的是,在360~380 K范圍內,經紫外光或者可見光激發,COR-MF-0.01wt%能發射出明亮且穩定的白色有機長余輝,其壽命可達3.29秒,CIEx,y色坐標可達(0.29, 0.31),非常接近純白光。 


3. COR-MF-0.01wt%的長余輝發光機制以及其在空氣、水、酸、堿和有機溶劑中的長余輝發光性能


  所制備的聚合物薄膜在水、酸、堿和常見的有機溶劑中浸泡超過150天仍能發射顯著的有機長余輝,表現出優異的耐水和耐化學試劑性能。即便在9°CN,N-二甲基甲酰胺中浸泡超過12小時,COR-MF-0.01wt%仍然可以保持良好的白色有機長余輝發光性能。 


4. 所制備的聚合物基有機長余輝材料在多重信息加密和溫敏型多級防偽中的應用展示


  此外,基于這些稠環芳烴和MF聚合物所制備的有機長余輝材料還能用于多重信息加密和溫敏型多級防偽。該研究工作為開發高效、穩定的有機長余輝材料提供了新的策略。所制備的全彩和白色有機長余輝聚合物材料有望用于傳感、防偽、信息加密、光電子器件等領域


  以上研究成果近期發表在Angewandte Chemie International Edition期刊上,論文的第一作者為華南師范大學碩士研究生梁耀輝,通訊作者為許炳佳研究員。該工作得到了華南師范大學石光教授徐超副研究員以及中山大學池振國教授的鼎力支持。


  論文信息:Yaohui Liang, Pengtao Hu, Huaqing Zhang, Qingchen Yang, Hengshan Wei, Ruitai Chen, Jiahai Yu, Cong Liu, Yuhai Wang, Suilian Luo, Guang Shi, Zhenguo Chi, Bingjia Xu*, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202318516.

  全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202318516

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(責任編輯:xu)
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