免费视频大全,日韩人妻无码精品专区,精品女同一区二区

北林彭鋒教授課題組《Cell Rep. Phys. Sci.》：半纖維素超長室溫磷光

2022-08-23 來源：高分子科技

有機室溫磷光材料在光電器件、生物成像、信息加密和防偽等領域展現了極具潛力的應用前景，近年來獲得了廣泛的關注。然而，有機分子三線態激子非輻射失活嚴重，前期研究通常需要基于復雜的化學或者物理手段制備有機室溫磷光材料，且人工合成室溫磷光材料面臨著難以大規模制備、可加工性能低、顏色可調性差、缺乏可再生性及污染環境等一系列問題。自然界中常見的聚合物，如纖維素、蛋白質等，在聚集狀態下，受到激發時也能發出磷光，這種獨特的現象叫做簇聚誘導發光（CTE）。然而，天然產物的三線態激子同樣不穩定，目前所報道的天然產物磷光壽命短，難以媲美合成材料。因此，開發更高效的CTE天然室溫磷光材料，闡明其分子結構和分子間相互作用對三線激發態調控機制以及余輝顏色可調諧機制對推動相關領域的發展具有重要意義。

近日，北京林業大學材料學院彭鋒教授課題組在Cell Press出版集團旗下綜合期刊《Cell Reports Physical Science》在線發表題為“Natural ultralong hemicelluloses phosphorescence”的研究論文。作者率先報道了基于半纖維素的室溫磷光體系，并發現了木聚糖的長壽命、余輝可調諧室溫磷光現象。木聚糖是一類天然多糖，分子內/間存在豐富的氫鍵作用，且結晶度高、剛性強，其磷光壽命長達588.8 ms。同時，由于多種氧簇的存在，木聚糖也表現出激發波長依賴性和延遲時間依賴性顏色可調諧余輝。此外，通過氧化反應，進一步將其轉化為水溶性雙醛基木聚糖，改善其加工成型特性，制備成木聚糖基室溫磷光泡沫和薄膜材料。雙醛木聚糖中不飽和羰基的存在進一步提升了材料的磷光性能，其壽命延長至近700 ms。

本工作為半纖維素開拓了新的應用領域，即顏色可調諧的室溫磷光材料體系，并為半纖維素室溫磷光材料的設計提供理論依據和技術支撐，推進了有機室溫磷光領域的綠色發展，有望在未來滿足社會對低成本、無污染、高性能磷光信息功能材料的需求。

圖1. 半纖維素室溫磷光現象

如圖1所示，木質生物質主要由纖維素，半纖維素和木質素組成（圖1A）。其中，纖維素已有文獻報道其磷光壽命僅為20.4 ms，而木質素本身沒有磷光，僅在摻雜到其它聚合物基質中才能實現磷光。然而，半纖維素作為自然界中含量僅次于纖維素的一類天然多糖，其光物理特性尚未有文獻報道。如圖1B所示，本工作研究了不同類型半纖維素的室溫磷光現象，其中直鏈木聚糖由于其結構獨特、結晶度及剛性強，展現出長達588 ms的磷光壽命。木聚糖的長壽命以及隨激發波長變化和延遲時間變化的顏色可調諧磷光如圖1D所示，外界環境下，余輝可持續4 s。基于光物理性能的研究（圖2），驗證了木聚糖的室溫磷光現象。

圖2. 木聚糖光物理性質

已有文獻報道，木糖具有長壽命的顏色可調諧磷光現象。但木糖的磷光很弱，特別是用長波長紫外激發時磷光難以捕捉。高分子狀態下的木聚糖在250 nm以上區域明顯具有比木糖更強的吸收（圖3A），此區域的吸收由形成團簇的復雜電子振動引起，因此，木聚糖形成了更大、更緊密的團簇，更利于發出磷光。分子動力學模擬證明木聚糖中存在大量的氫鍵（圖3B），獨立梯度模型也表明了木聚糖分子間存在強相互作用（圖3C），能級計算分析出木聚糖分子間存在空間共軛效應（圖3D）。基于以上因素的共同作用，聚集的簇構成了多樣的發光中心，同時木聚糖的大分子結晶構象能有效限制分子運動（圖3E），穩定三線激發態，最終導致木聚糖獨特的長壽命顏色可調諧室溫磷光現象的產生。

圖3. 木聚糖室溫磷光機理研究

此外，木聚糖顏色可調諧室溫磷光材料可用于4維信息加密（圖4A），信息存儲（圖4B）。通過氧化反應，將木聚糖轉化為水溶性雙醛基木聚糖（圖4C），改善其改工成型特性，同時羰基的引入可有效促進三線態激子的產生，其壽命延長至近700 ms，磷光量子產率高達5.8%。由于水溶性雙醛木聚糖良好的可加工特性，可進一步將其制備成性能優異的塑形磷光泡沫（圖4D-E）以及大尺寸、高機械強度的透明磷光薄膜材料（圖4F-H）。

圖4. 木聚糖室溫磷光材料的應用舉例

本項工作北京林業大學青年教師呂保中為第一作者，彭鋒教授為通訊作者，北京化工大學尹梅貞教授課題組為合作單位。以上研究工作得到了國家重點研發計劃（2019YFB1503803）、國家自然科學基金（31971611）等項目的大力支持。

論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(22)00306-X

版權與免責聲明：中國聚合物網原創文章。刊物或媒體如需轉載，請聯系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。

（責任編輯：xu）

【大中小】【打印】【關閉】

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊

更多>>科教新聞

私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

誠邀關注高分子科技