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中科院化學所張軍/田衛國/宋廣杰《Nat. Commun.》:馬來酰亞胺陰離子聚合制備非共軛全彩熒光材料
2022-07-01  來源:高分子科技

  區別于傳統具有π-共軛苯環、稠環或芳雜環的ACQ和AIE發光材料,僅含有一些具有孤對電子的原子(如N,O,S,P)以及非飽和雙鍵或三鍵如(C=O,C=C,C=N和C≡N等)的非傳統或非共軛型的新型發光材料近來受到人們的廣泛關注。相較于傳統ACQ或AIE熒光材料,非共軛型熒光材料結構靈活多變、成本較低、方法簡單,具有大規模合成與制備的潛力。更為重要的一點,這類材料不含任何稠環或芳雜環等具有潛在生物毒性的化學結構,具有優異的生物相容性,環境友好,在生物、醫藥領域有廣闊應用前景。


  非傳統或非共軛熒光材料的研究方興未艾,但仍存在一些問題,如發光顏色相對單一,難以做到可見光區大范圍的熒光調節;發光機理尚不明確,缺乏普適性解釋。近日,中科院化學所張軍研究員團隊報道了一種全新的聚馬來酰亞胺型非共軛熒光材料,并基于不同高分子聚合反應(自由基、陰離子聚合)機理和條件(催化劑,反應時間,溫度),實現了同種熒光材料橫跨紅--藍可見光區熒光光譜的連續調控。

圖1 非共軛熒光材料的制備及表征


 圖2非共軛熒光材料的熒光調控


  有趣的是,常規的簇發光機理不能解釋這類非共軛熒光材料的發光性質,材料表現出了類似于ACQ的發光特征。高壓等實驗結果表明,從自由基聚合到陰離子聚合,聚馬來酰亞胺重復結構單元的連接方式改變,建立起分子內電荷傳輸通道,最終因分子內及分子間電荷轉移,實現了聚馬來酰亞胺的熒光光譜從藍光到紅光連續紅移。 


圖3 非共軛熒光材料的熒光壓力依賴性


 圖4 非共軛熒光材料的發光機理圖


  同時,這類熒光材料具有良好的生物相容性,可應用于防偽,指紋識別以及金屬離子響應識別等領域。 


圖5 非共軛熒光材料的應用


  上述結果以“Anionic polymerization of nonaromatic maleimide to achieve full-color nonconventional luminescence”為題發表在Nature Communications上。論文第一作者為化學所博士生季欣,通訊作者為田衛國副研究員,宋廣杰副研究員和張軍研究員。


  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-31547-2

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