重庆理工大学杨朝龙教授课题组《自然·通讯》：在聚合物长寿命室温磷光领域取得新进展

源于聚合物体系的长寿命有机室温磷光材料由于其低成本、良好的生物相容性和易修饰等特性而受到了广泛关注。然而，从单重态激子到三重态激子的本征自旋跃迁禁阻和三重态激子的快速非辐射衰变显著降低了它们的发光性能。目前在聚合物基体中掺杂磷光分子是制备该类材料的常用方法。但是体系中单一的束缚作用，难以抑制非辐射失活进程和提高环境耐受性，同时还会伴随着相分离的弊端。开发具有多重束缚作用的本征型的聚合物室温磷光材料显得尤为重要。

为了获得本征型的聚合物室温磷光材料，重庆理工大学杨朝龙教授课题组与南洋理工大学Zhao Yanli教授课题组合作，通过对磷光分子和聚合物体系的设计，并结合抑制磷光体三重态激子的非辐射跃迁策略。设计了一种三重态激子逐步禁锢的策略，开发了基于2-乙烯基萘在内的5种本征型室温磷光材料，充分发挥了聚合物体系的优势。在室温条件下，初级禁锢到三级禁锢过程中磷光寿命实现了4个数量级的提高，在无卤素聚合物中，磷光量子产率最高达到16.04%。逐步禁锢策略较好的揭示了该类聚合物材料的余辉释放机制。

图1. (a) 磷光单元与聚乙烯醇基体掺杂制备室温磷光的策略；(d) 多重禁锢策略构建的本征型聚合物室温磷光材料。

相关的研究结果表明，在初级禁锢体系中，分子间的弱相互作用难以抵消非辐射过程对室温磷光的损耗；随着氢键网络的引入，材料在二级禁锢作用下产生了明显的余辉发射；这一现象在交联网络的引入后进一步增强。在交联网络、氢键和弱相互作用下实现了三级禁锢，显著增强了三重态激子的辐射过程，使得该类本征型聚合物产生性能优异的磷光发射。

图2. 本征型聚合物材料中逐步禁锢策略机理

另外，高分子材料因其强度高、重量轻、热电绝缘性能优异，在塑料包装、涂料、纺织、生物医药和其他工业建筑中得到了广泛应用。从制造到使用，这些材料可能会受到机械应力和环境条件的影响。在这些内外诱因下产生裂纹，导致材料性能失效。基于此背景，利用氢键对水分的敏感特性，这类本征型室温磷光材料被封装于环氧树脂中用于材料的裂纹检测。相较于传统检测手段，极大的简化了使用流程降低了技术使用壁垒。同时，利用不同禁锢程度下的寿命差异以及磷光单元之间颜色区别，也可应用于信息储存和防伪识别，其加密的防伪信息可根据莫尔斯密码的设定进行排列组合，实现了更多维度的信息加密。

图3. 本征型聚合物室温磷光材料应用于裂纹检测和信息储存。

以上相关成果以题目为“Stepwise taming of triplet excitons via multiple confinements in intrinsic polymers for long-lived room-temperature phosphorescence”发表在Nature communications上。论文的第一作者为重庆理工大学材料科学与工程学院硕士研究生高亮，通讯作者为杨朝龙教授，共同通讯作者为南洋理工大学化学与生物工程学院Zhao Yanli教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、重庆市科委、重庆市教委、新加坡学术研究基金等项目的大力支持。

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43133-1

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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