华南理工大学祁海松教授AM：颜色可调、激发依赖、刺激响应的室温磷光纤维素

一般来说，具有刚性、共轭芳香族结构是实现高效发光性能的先决条件。有趣的是，人们发现一些天然聚合物，如淀粉、纤维素和海藻酸钠等，不具有π共轭结构，却能发出荧光甚至室温磷光。但是仅凭这些天然聚合物微弱的本征发光很难满足实际应用需求。为了从这些天然聚合物中获得更高效的室温磷光，功能单元的聚集、分子堆积模式以及有效的分子内/分子间相互作用起着关键作用。然而，目前仍缺乏有效的策略去结合传统共轭芳香族发光和大分子簇发光的优势，以制备出长寿命的绿色余辉。

鉴于此，华南理工大学祁海松教授等团队基于Hantzsch反应，在乙酰乙酸纤维素(CAA)上原位形成1，4二氢吡啶衍生物（DHPs），通过调整反应物中含醛的芳香分子来调节其分子结构，从而制备出一系列颜色可调、激发依赖和水刺激响应的室温磷光纤维素（CAA-DHPs），室温磷光寿命可长达1251 ms。一方面，乙酰乙酸基和 DHPs 环的引入可以促进系间穿越过程和三重态激子的产生。另一方面，纤维素链之间的多重相互作用可以稳定三重态激子，抑制非辐射跃迁，并诱导各种发光团簇的聚集。随着CAA-DHPs分子结构中的π共轭程度增大，透明薄膜的余辉颜色可以从青色调制至黄绿色，再到橙红色。此外，由于共轭发色团会形成多个聚集体，所以CAA-DHPs薄膜具有显著的激发依赖特性。有趣的是，水分子会破环纤维素链的刚性环境，所以当CAA-DHPs薄膜暴露在水中时，其磷光会被淬灭，但是当重新干燥后又会恢复，从而提供了一个动态刺激响应位点。研究表明，CAA-DHPs薄膜在手工艺品、信息加密和防伪领域具有广泛的应用前景。本工作丰富了纤维素的光物理性能，并为指导智能响应绿色磷光材料的设计提供了一条合理的途径。

图一、CAA-DHPs薄膜的制备及其光物理性能

图二、水刺激响应的室温磷光性能

图三、CAA-DHPs薄膜在手工艺品、信息加密和防伪领域的应用

该工作以“Color-Tunable, Excitation-Dependent, and Water Stimulus-Responsive Room-Temperature Phosphorescence Cellulose for Versatile Applications”为题发表在国际学术期刊《Advanced Materials》上。华南理工大学轻工科学与工程学院博士研究生彭芳为本论文第一作者，华南理工大学轻工科学与工程学院祁海松教授为本论文通讯作者, 华南理工大学陈怡安博士、中原工学院刘宏臣博士、北京理工大学陈攀研究员、北京林业大学彭峰教授等合作者对该工作做出了重要贡献。

课题组链接：

http://www2.scut.edu.cn/qilab/

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202304032

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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