Advanced Materials:基于聚磷腈衍生物的颜色可调聚合物长余辉体系

长余辉发光是一种特殊现象,在去除激发光源后,材料可以在一段时间内持续发光。具有这种特殊性能的材料在生物成像、传感器、显示、信息存储和安全加密的独特应用引起了广泛关注。为了实现有机长余辉(OLPL),需要解决两个关键因素。一种是提高从激发单重态转换为激发三重态的系间窜越(ISC)速率,另一个是抑制三重态激子(T1)向基态(S0)的非辐射跃迁过程。基于这两个原理,在室温和空气中获得OLPL的策略包括主-客体体系、H聚集、与金属有机框架集成、结晶、卤素键和在聚合物基质中掺杂。尽管通过这些方法获得了一些寿命长、高量子产率的OLPL材料,但它们大多数在不同激发波长下激发只能发出相同颜色的磷光。根据Kasha规则,S2、S3、…、Sn或T2、T3、…、Tn将通过内部转换迅速达到最低激发单重态(S1)或最低激发三重态(T1)。从S1到S0的跃迁释放出荧光,或者从T1到S0的跃迁发出磷光。因此,许多OLPL材料只能在不同的激发波长下发出相同颜色的磷光。

重庆理工大学杨朝龙教授和新加坡南洋理工大学赵彦利教授课题组合成了两种新型的聚磷腈衍生物,将它们与聚乙醇(PVA)制备成薄膜后成功在大气环境下得到余辉时间超过12s的聚合物长余辉材料(PLPL)。通过原子力显微镜等研究方法证明,磷光体会在PVA薄膜中形成不同尺寸的形态,不同尺寸的聚集形态对应着不同的发射中心,所以材料在经过不同波长的紫外光激发后产生不同颜色的长余辉。同时由于空气中的水分子对长余辉有猝灭效果,当材料在大气环境中存放一段时间后长余辉会逐渐消失。但是通过加热的方式又可以使其恢复,实现了一种动态循环的效果。这种动态的激发依赖性长余辉材料在信息存储、防伪、显示、安全加密和传感方面显示出广阔的应用前景。

这项工作为设计大气环境下的激发依赖性聚合物长余辉材料提供了一种新的思路。相关论文发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201907355)上。