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寧波材料所陳濤、路偉/港中深唐本忠院士《Adv. Mater.》綜述：利用超分子動態相互作用構建緊密有序的有機室溫磷光材料

2024-04-02 來源：高分子科技

有機室溫磷光（RTP）材料在信息加密、防偽、生物成像以及化學傳感等領域具有非常廣闊的應用前景。然而，如何高效構建具有長壽命、高量子效率以及耐水環境等性質的高性能RTP材料是一個棘手的科學問題。該問題的有效解決不僅有助于推動先進光學材料的發展，也將大大拓展RTP材料的實際應用。

近年來，中國科學院寧波材料技術與工程研究所海洋關鍵材料重點實驗室智能高分子材料團隊陳濤研究員和路偉研究員一直致力于利用超分子動態相互作用力可控構建復合發光材料及其在信息存儲與加密、偽裝與防偽等方面的應用研究（Chem. Soc. Rev., 2024, 53, 606; Adv. Mater., 2023, 35, 2300615; Angew. Chem.Int. Ed., 2023, 62, e202300417; Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2310043；Adv. Mater. 2022, 34, 2107452; Adv. Mater., 2022, 34, 2201262; Acc. Chem. Res. 2022, 55, 16, 2291; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 21890; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 3640）。近日，該團隊受邀與唐本忠院士在 Advanced Materials 上發表了題為“Targeting Compact and Ordered Emitters by Supramolecular Dynamic Interactions for High-performance Organic Ambient Phosphorescence.”的綜述（Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202311347）。該綜述系統總結了利用超分子動態相互作用力構建緊密有序高性能RTP材料的研究進展（圖1）。

文中，作者重點介紹了利用超分子動態相互作用力構建緊密有序發光體對實現高性能RTP發光的重要作用，包括促進系間竄越（ISC），增加自旋軌道耦合（SOC），有效降低非輻射能量耗散以及形成淬滅劑屏障等。因此，相比較于無序的發光體系，緊密有序的發光體系往往具有更加優越的RTP性能（圖2）。一方面，超分子動態相互作用力賦予材料體系良好的動態性和可逆性，形成緊密有序的發光體，有利于形成可靠屏障以有效降低氧氣、水等淬滅劑的影響，獲得其他方法難以實現的水相磷光；另一方面，多重超分子動態相互作用的調控作用不僅有利于實現光學性能的可控，而且有助于大大提升材料在發光量子效率、壽命等方面的性能。首先，結合近年來領域內的代表性研究工作，作者系統總結了利用超分子動態相互作用力構筑有序RTP體系的方法（圖3）。具體的構筑策略包括：（1）多重氫鍵、π-π堆積以及范德華力等超分子動態相互作用驅動發光小分子自發形成緊密有序的發光體（圖4-6）；（2）利用靜電、離子鍵、親疏水等超分子動態作用力調控發光聚合物形成剛性、有序的發光體（圖7）；（3）受限環境（剛性聚合物網絡、囊泡、大環主體、納米黏土等）介導的分子自組織，構筑有序的發光體系（圖8-11）。詳細歸納、總結了利用這些策略所制備的有序RTP材料在磷光壽命、量子效率以及耐水環境等方面的突出性能。其次，仔細回顧了有序RTP材料在生物成像（圖12）、光電器件與余輝顯示（圖13）、信息加密與防偽（圖14）以及化學傳感（圖15）等方面的重要應用。作者在文中強調了有序RTP材料在水環境中優越的發光性能為高信噪比的生物成像以及化學傳感等應用提供更大的可能性。此外，有序RTP材料的長壽命、高量子效率以及豐富的光學可調性等優點有助于獲得高性能光電器件，為光學顯示提供額外的時間維度，提升信息加密與防偽的安全等級。最后，對研究現狀進行了總結，討論了領域中存在的研究問題，并對未來的發展方向進行了展望，激發更多的研究興趣，促進先進光學材料的發展。

圖1：高性能有序RTP的構筑策略及應用。

圖2：無序與有序RTP的發光機理對比。

圖3：利用超分子動態相互作用構建緊密有序的RTP發光體系。

圖4：多重氫鍵驅動小分子組裝形成有序發光體。

圖5：氫鍵和π-π作用等驅動熒光團形成有序RTP體系。

圖6：六硫苯衍生物的聚集與堆積作用形成有序RTP體系。

圖7：利用離子鍵、范德華力等超分子動態作用力調控聚合物形成緊密有序發光體。

圖8：熒光團在聚合物網絡中的組裝與聚集形成緊密有序的RTP體系。

圖9：囊泡、納米黏土等介導的分子自組織形成有序發光體系。

圖10：基于環糊精大環的主客體發光體系。

圖11：基于葫蘆脲大環的主客體發光體系。

圖12：有序RTP材料在生物成像中的應用。

圖13：有序RTP材料在光電器件以及余輝顯示中的應用。

圖14：有序RTP材料在信息加密與防偽中的應用。

圖15：有序RTP材料在化學傳感中的應用。

寧波材料所博士后尹光強為論文第一作者，路偉研究員、陳濤研究員和唐本忠院士為論文通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金（22205249）, 浙江省自然科學基金（LQ23B040002, LD22A020002）, 中德合作國際交流基金（M-0424）, 寧波國際合作項目（2023H019）,中國博士后科學基金（2021TQ0341, 2022M723252）, 浙江省自然科學基金（LQ23B040002）, 寧波市自然科學基金（2021J203）, 中國科學院寧波材料所所長基金（2021SZKY0305）等項目的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202311347

課題組鏈接：https://smartpolymers.nimte.ac.cn

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（責任編輯：xu）

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