打破校史！淮北師范大學(xué)第一單位首次在《Nature》子刊發(fā)表論文！

近紅外室溫磷光材料具有較大的斯托克斯位移、長(zhǎng)的發(fā)射壽命和較高的穿透能力，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像、光纖通信和夜視可讀顯示等領(lǐng)域。開發(fā)有機(jī)近紅外室溫磷光材料通常依賴于復(fù)雜的共軛結(jié)構(gòu)。然而，大的共軛結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致聚集誘導(dǎo)的猝滅、合成過程復(fù)雜、加工性差以及生物毒性高等問題，因此限制了它們?cè)谏钪械膽?yīng)用。

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)富含雜原子的非共軛結(jié)構(gòu)具有簇發(fā)磷光的特性。這類非共軛結(jié)構(gòu)合成簡(jiǎn)單，生物毒性低以及具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可調(diào)性，因此引起研究者的廣泛關(guān)注。由此，研究者們采用晶體工程、超分子組裝和主客體摻雜等策略，實(shí)現(xiàn)高效的室溫磷光。盡管相關(guān)研究取得了顯著進(jìn)展，但由于缺乏傳統(tǒng)的共軛結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)波長(zhǎng)甚至近紅外磷光仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。近日，淮北師范大學(xué)任悅副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京理工大學(xué)優(yōu)青蔡政旭教授及孫鵬副教授團(tuán)隊(duì)，以二異腈、內(nèi)炔酯和酰亞胺衍生物作為原料，通過一鍋法無金屬催化多組分聚合反應(yīng)合成了一系列具有簇發(fā)光性質(zhì)的聚(亞氨基呋喃-螺吡咯酮)（PISP）聚合物，進(jìn)一步通過溶液共混的方式與市面上常見的聚合物聚苯乙烯（PS）進(jìn)行摻雜，構(gòu)建了一種高分子合金材料。該材料在近紅外區(qū)域（最長(zhǎng)715 nm）表現(xiàn)出室溫磷光性質(zhì)。該研究有望為開發(fā)適用于光電器件、體內(nèi)成像以及柔性電子等材料提供新的思路（圖1）。相關(guān)成果以“Nonconventional near-infrared room-temperature phosphorescent materials based on spiropolymer alloy”為題發(fā)表在Nature 子刊 （Nature Communications）上。

圖1. 多組分螺環(huán)聚合和近紅外長(zhǎng)波長(zhǎng)室溫磷光聚合物合金的制備

為確定聚合物PISP結(jié)構(gòu)，作者同樣制備了模型化合物，通過1H和13C核磁結(jié)果表明，聚合物PISP與模型化合物具有高度一致的化學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步通過FT-IR驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2. 核磁及紅外圖譜

基于光物理性能的研究，證明PISP具有簇發(fā)光性質(zhì)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該聚合物在77 K下具有磷光特性（圖3）。

圖3. PISP的光物理性質(zhì)

為此，以PISP為客體，商業(yè)上可用的剛性聚合物作為主體，通過溶劑共混獲得聚合物合金，實(shí)現(xiàn)了室溫磷光特性，證實(shí)了聚合物共混是實(shí)現(xiàn)室溫磷光的有效策略（圖4）。

圖4. 聚合物合金的光物理性質(zhì)

進(jìn)一步研究表明，簇發(fā)光聚合物客體的摻雜比例、分子量以及空間結(jié)構(gòu)也是實(shí)現(xiàn)近紅外室溫磷光的重要原因（圖5）。

圖5.近紅外簇發(fā)室溫磷光的機(jī)理研究及影響因素

該工作是淮北師范大學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/化學(xué)與化工學(xué)院為第一單位，任悅副教授為論文第一作者，北京理工大學(xué)博士生張永鋒為論文共同第一作者，北京理工大學(xué)優(yōu)青蔡政旭教授及孫鵬副教授為通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金及綠色和精準(zhǔn)合成化學(xué)及應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題等基金的支持。