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宁波大学赵传壮 AOM:盐诱导聚集的多色室温磷光水凝胶
2024-04-13  来源:高分子科技

  室温磷光(RTP)有机发光材料在信息安全、生物化学和光学器件多学科领域具有重要应用,受到研究者的广泛关注。由于水分子的淬灭效应,在水凝胶体系中实RTP是一项具有挑战性的工作。目前已有的RTP水凝胶多为蓝色、绿色等短波长发光,在水凝胶体系中实现多色RTP仍是值得探索的问题近期,宁波大学赵传壮课题组发现了聚丙烯酸(PAA)水凝胶网络在溴化钠等盐离子作用下发生疏水聚集,使得羧酸等生色团与水脱离接触从而获得了RTP功能。随后,作者在该体系引入了二乙烯三胺 (DETA) ,利用丙烯酸(AA)与DETA之间的离子辅助氢键对水凝胶进行动态交联。这一设计使得水凝胶具有良好的重塑性,在脱水后可以与各种疏水染料分子良好混合并复水重塑,聚合物生色团和染料之间的能量转移赋予了该水凝胶多色RTP的特性。


  作者首先研究了PAA/DETA的盐诱导的本征RTP行为。PAA/DETA水凝胶在经过溴化钠溶液处理和365 nm光源激发后,关闭激发光源后发出了黄绿色余辉,最长可达1.6 s以上。这是因为:高浓度的溴离子增强了水凝胶网络中PAA主链的疏水聚合,促进了羧基与钠离子之间的离子对的形成,从而在水凝胶网络中构建了一个刚性环境,抑制了非辐射跃迁,促进了辐射跃迁效率,从而导致了高效RTP (1) 


1 盐诱导水凝胶的室温磷光机理


  得益于PAA/DETA水凝胶的动态交联特性 (2)PAA/DETA水凝胶经过冻干,研磨后可以重塑成任意形状。这一特性为疏水染料的掺杂提供了便利,在重塑过程中,仅需将1%质量份品化染料掺杂进干燥的聚合物粉末中,充分研磨后添加去离子水填充在模具中,即可获得具有特定形状的凝胶块体。经NaBr硬化处理后,水凝胶的磷光能量向染料分子转移,激发出多种余颜色。比如掺杂吲哚羧酸(ICA的凝胶显示黄色的长余辉,掺杂芘硼酸(PBA的显示橙红色的余辉,而掺杂罗丹明BRh N的显示浅红色的短余辉  


2 PAA/DETA凝胶的可重塑性和掺杂染料后的多色余辉性质


  该工作第一作者为宁波大学2021级硕士研究生余顺锋,通讯作者为宁波大学赵传壮教授和天津工业大学张佳玮教授。该工作得到了国家自然科学基金的资助。


  近年来,宁波大学赵传壮课题组盐调控刺激响应性水凝胶取得了一系列研究进展,提出了氢键缔合水凝胶的粘弹性调控的时盐等效原理(Macromolecules 2024,57,2746),探索了盐调控聚合物的聚集诱导发光和室温磷光行为(Macromolecules 2022,55,8599; Sci. China Chem. 2021, 64, 1770; Adv. Opti. Mater. 2024,adom2303330),开发了一系列基于离子络合作用的热硬化形状记忆水凝胶(Sci. China Mater. 2021, 65, 2274 Soft Matter 2024, 20, 294)。


  论文链接:https://doi.org/10.1002/adom.202303330

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(责任编辑:xu)
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