宁波材料所陈涛、路伟/港中深唐本忠院士《Adv. Mater.》综述：利用超分子动态相互作用构建紧密有序的有机室温磷光材料

2024-04-02 来源：高分子科技

有机室温磷光（RTP）材料在信息加密、防伪、生物成像以及化学传感等领域具有非常广阔的应用前景。然而，如何高效构建具有长寿命、高量子效率以及耐水环境等性质的高性能RTP材料是一个棘手的科学问题。该问题的有效解决不仅有助于推动先进光学材料的发展，也将大大拓展RTP材料的实际应用。

近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室智能高分子材料团队陈涛研究员和路伟研究员一直致力于利用超分子动态相互作用力可控构建复合发光材料及其在信息存储与加密、伪装与防伪等方面的应用研究（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，该团队受邀与唐本忠院士在 Advanced Materials 上发表了题为“Targeting Compact and Ordered Emitters by Supramolecular Dynamic Interactions for High-performance Organic Ambient Phosphorescence.”的综述（Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202311347）。该综述系统总结了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序高性能RTP材料的研究进展（图1）。

文中，作者重点介绍了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序发光体对实现高性能RTP发光的重要作用，包括促进系间窜越（ISC），增加自旋轨道耦合（SOC），有效降低非辐射能量耗散以及形成淬灭剂屏障等。因此，相比较于无序的发光体系，紧密有序的发光体系往往具有更加优越的RTP性能（图2）。一方面，超分子动态相互作用力赋予材料体系良好的动态性和可逆性，形成紧密有序的发光体，有利于形成可靠屏障以有效降低氧气、水等淬灭剂的影响，获得其他方法难以实现的水相磷光；另一方面，多重超分子动态相互作用的调控作用不仅有利于实现光学性能的可控，而且有助于大大提升材料在发光量子效率、寿命等方面的性能。首先，结合近年来领域内的代表性研究工作，作者系统总结了利用超分子动态相互作用力构筑有序RTP体系的方法（图3）。具体的构筑策略包括：（1）多重氢键、π-π堆积以及范德华力等超分子动态相互作用驱动发光小分子自发形成紧密有序的发光体（图4-6）；（2）利用静电、离子键、亲疏水等超分子动态作用力调控发光聚合物形成刚性、有序的发光体（图7）；（3）受限环境（刚性聚合物网络、囊泡、大环主体、纳米黏土等）介导的分子自组织，构筑有序的发光体系（图8-11）。详细归纳、总结了利用这些策略所制备的有序RTP材料在磷光寿命、量子效率以及耐水环境等方面的突出性能。其次，仔细回顾了有序RTP材料在生物成像（图12）、光电器件与余辉显示（图13）、信息加密与防伪（图14）以及化学传感（图15）等方面的重要应用。作者在文中强调了有序RTP材料在水环境中优越的发光性能为高信噪比的生物成像以及化学传感等应用提供更大的可能性。此外，有序RTP材料的长寿命、高量子效率以及丰富的光学可调性等优点有助于获得高性能光电器件，为光学显示提供额外的时间维度，提升信息加密与防伪的安全等级。最后，对研究现状进行了总结，讨论了领域中存在的研究问题，并对未来的发展方向进行了展望，激发更多的研究兴趣，促进先进光学材料的发展。

图1：高性能有序RTP的构筑策略及应用。

图2：无序与有序RTP的发光机理对比。

图3：利用超分子动态相互作用构建紧密有序的RTP发光体系。

图4：多重氢键驱动小分子组装形成有序发光体。

图5：氢键和π-π作用等驱动荧光团形成有序RTP体系。

图6：六硫苯衍生物的聚集与堆积作用形成有序RTP体系。

图7：利用离子键、范德华力等超分子动态作用力调控聚合物形成紧密有序发光体。

图8：荧光团在聚合物网络中的组装与聚集形成紧密有序的RTP体系。

图9：囊泡、纳米黏土等介导的分子自组织形成有序发光体系。

图10：基于环糊精大环的主客体发光体系。

图11：基于葫芦脲大环的主客体发光体系。

图12：有序RTP材料在生物成像中的应用。

图13：有序RTP材料在光电器件以及余辉显示中的应用。

图14：有序RTP材料在信息加密与防伪中的应用。

图15：有序RTP材料在化学传感中的应用。

宁波材料所博士后尹光强为论文第一作者，路伟研究员、陈涛研究员和唐本忠院士为论文通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（22205249）, 浙江省自然科学基金（LQ23B040002, LD22A020002）, 中德合作国际交流基金（M-0424）, 宁波国际合作项目（2023H019）,中国博士后科学基金（2021TQ0341, 2022M723252）, 浙江省自然科学基金（LQ23B040002）, 宁波市自然科学基金（2021J203）, 中国科学院宁波材料所所长基金（2021SZKY0305）等项目的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202311347

课题组链接：https://smartpolymers.nimte.ac.cn

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（责任编辑：xu）

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