- 中石化北化院?jiǎn)探饦叛芯繂T/江南大學(xué)東為富教授Adv.Sci.：利用簇發(fā)光實(shí)現(xiàn)濕度變化可視化的自組裝超分子薄膜
- 發(fā)布日期：2023-12-06
近日，中國(guó)石化北京化工研究院?jiǎn)探饦艌F(tuán)隊(duì)與江南大學(xué)東為富團(tuán)隊(duì)合作，在Advanced Science期刊上發(fā)表“A Self-Assemble Supramolecular Film with Humidity Visualization Enabled by Clusteroluminescence”的研究成果。
光致發(fā)光材料因其在光電器件、化學(xué)傳感器、以及疾病診斷等領(lǐng)域的卓越應(yīng)用潛力而受到重視。近期，一種不基于傳統(tǒng)大π鍵共軛結(jié)構(gòu)的本征發(fā)光現(xiàn)象，即簇發(fā)光，引起了研究者的廣泛關(guān)注。這些化合物通常含有N、O、S、P等雜原子所形成的諸如胺基（-NH-）、酰胺基（-NHCO-）、磷酸酯基、羰基（-CO-）、硫醚（-S-）、氰基（-CN）等基團(tuán)，并展現(xiàn)出AIE行為，即在固態(tài)或聚集態(tài)下表現(xiàn)出強(qiáng)烈的熒光。值得注意的是，簇發(fā)光化合物與AIE分子略有不同，在聚集態(tài)或固態(tài)，簇發(fā)光化合物在通過(guò)限制非輻射躍遷提高熒光強(qiáng)度之外表現(xiàn)出顯著的能隙降低以及發(fā)射波長(zhǎng)紅移，這種特殊的本征光物理特性使得簇發(fā)光化合物的發(fā)射波長(zhǎng)可以對(duì)外界的刺激（光、熱、濕度）響應(yīng)。此外，簇發(fā)光化合物大多只能發(fā)射藍(lán)光，且發(fā)光效率不高，合成高量子產(chǎn)率且波長(zhǎng)可調(diào)的簇發(fā)光化合物仍是個(gè)難題。
前期，該團(tuán)隊(duì)利用良溶劑誘導(dǎo)和熱處理的方法對(duì)馬來(lái)酸酐共聚物的發(fā)光性能進(jìn)行調(diào)控研究。發(fā)現(xiàn)聚合物分子鏈在溶解-揮發(fā)過(guò)程中會(huì)自組裝形成更多、更大尺寸的發(fā)光團(tuán)簇，得到藍(lán)光發(fā)射的高量子產(chǎn)率共聚物（Macromol. Rapid Commun. 2023, 44, 2200653）。而控制熱處理溫度和時(shí)間，在促進(jìn)聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)的同時(shí)調(diào)控主鏈上醋酸乙烯酯的分解率，熱處理過(guò)程中聚合物空間作用增強(qiáng)，表現(xiàn)出紅光發(fā)射現(xiàn)象（ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 23824）。在此基礎(chǔ)上，引入支化結(jié)構(gòu)可以提高聚合物鏈的柔順性，誘導(dǎo)發(fā)色團(tuán)簇的形成。通過(guò)調(diào)節(jié)次級(jí)基團(tuán)間相互作用與提高柔順性形成的非輻射躍遷之間的平衡，PMV的量子產(chǎn)率（QY）最大可以達(dá)到29.87%（ACS Macro Lett. 2023, 12, 1523）。
本研究中作者在PMV側(cè)鏈引入硫辛酸，并通過(guò)在堿液中揮發(fā)溶劑得到了具有自修復(fù)、重復(fù)加工性能的動(dòng)態(tài)交聯(lián)薄膜。隨后利用簇發(fā)光對(duì)聚集距離的依賴(lài)性，通過(guò)羧酸鈉基團(tuán)在不同濕度下的吸水-失水平衡改變其聚集距離，實(shí)現(xiàn)簇發(fā)光發(fā)射波長(zhǎng)（534-508 nm）對(duì)濕度的響應(yīng)。
江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院汪洋副教授、東為富教授及中國(guó)石化北京化工研究院?jiǎn)探饦叛芯繂T為論文通訊作者。江南大碩士研究生陳翔為論文第一作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（22005122、52373078）的支持。
