专栏名称: 研之成理

夯实基础，让基础成就辉煌；传递思想，让思想改变世界。“研之成理科研平台”立足于科研基础知识与科研思想的传递与交流，旨在创建属于大家的科研乐园！主要内容包括文献赏析，资料分享，科研总结，论文写作，软件使用等。科研路漫漫，我们会一路陪伴你！

西北工业大学Angew：微相结构调控构筑耐水型室温磷光聚合物

研之成理 · 公众号 · 科研 · 2025-03-16 14:20

正文

▲共同第一作者：西北工业大学博士生陈欢和硕士生张源源

通讯作者：西北工业大学谷龙教授

通讯单位：西北工业大学

论文DOI：10.1002/anie.202500610 （点击文末「阅读原文」，直达链接）

全文速览

该研究通过可控自由基聚合和高分子自组装，调控聚合物微相分离结构，构筑耐水型室温磷光聚合物材料。获得的聚合物材料不仅在高湿度和水环境条件下表现出优异的室温磷光性能，同时在信息显示和防伪加密等领域呈现出潜在的应用价值。

背景介绍

有机室温磷光材料因其具有发光寿命长、激子利用率高、激发态性质丰富等特性，在信息加密、生物成像、高效显示以及国防军工等领域展现出广阔的应用前景。聚合物室温磷光材料凭借其优异的加工性、透明性、轻质特性以及大面积可制备性等优势，为推动室温磷光材料实际应用提供了坚实基础。目前报道的聚合物室温磷光材料多依赖于亲水聚合物中的氢键网络构筑刚性环境，抑制发光分子的非辐射跃迁，实现室温磷光。然而，这类聚合物中的氢键网络容易被水分破坏，导致磷光猝灭。因此，如何设计一种耐水型室温磷光聚合物材料是该领域面临的挑战之一。

本文亮点

该研究突破了传统方法的局限性，通过原子转移自由基聚合（ ATRP ）合成一种含有聚丙烯酸（ PAA ）和聚甲基丙烯甲酯（ PMMA ）的双亲性嵌段聚合物，并进一步通过高分子自组装形成微相分离结构。其中， PAA 微相中大量的氢键网络可为发色团提供刚性微环境，促进磷光的产生。 PMMA 微相，由于其疏水的特性，可以有效减缓环境中水分对 PAA 微相中氢键网络的破坏，进而实现稳定的磷光。合成的嵌段聚合物即使在水中浸泡一个月后，其磷光寿命仍然可以达到 629 ms 。

图文解析

嵌段聚合物的设计和合成： 该研究团队选择溴代异丁酸酯修饰的萘作为 ATRP 引发剂以及磷光发色团，通过第一步 ATRP 将丙烯酸叔丁酯共价连接到萘单元上，再以甲基丙烯酸甲酯作为疏水单元进行 ATRP 扩链，并将经过两步 ATRP 所制备的共聚物经水解自组装，得到系列聚丙烯酸 -co- 聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物（图 1 ）。

图 1 耐水型室温磷光聚合物的设计与合成

耐水型聚合物的光学性能和耐水性能： 合成的嵌段聚合物在室温条件下，去掉激发光源后裸眼可观测到长寿命的绿色余辉约 6 秒，呈现出经典室温磷光性质（图 2a ）。然而，通过动态水接触角实验的跟踪发现，与传统的均聚物相比，该嵌段聚合物展现出了更优异的疏水特性（图 2b ）。进而，研究人员系统地研究了嵌段聚合物在潮湿和水环境下的光物理特性。如图 2c 所示，共聚物 NPAM-1 在 80% 相对湿度的高湿环境中暴露 2 小时后，仍然表现出强烈的磷光发射，且磷光强度几乎不变。此外，将该聚合物薄膜浸泡在去离子水中一个月，动态监测其磷光特性。尽管在水环境中浸泡一个月后，聚合物薄膜的磷光发射强度较初始状态有所下降，但在紫外线灯关闭后，肉眼仍然可以看到长寿命的绿色余辉（图 3d 和 3e ）。同时，将其在水中浸泡一个月后，其磷光寿命仍然可以达到 629 ms （图 3f ）。这些实验现象表明，在共聚物中引入疏水嵌段 PMMA 可以有效防止水分子破坏 PAA 嵌段中的氢键网络结构，最终实现水环境中的稳定磷光发射。

图 2 耐水型室温磷光聚合物的光学性能和防水性能

耐水型聚合物的机理探究和应用： 为了探究聚合物在水环境中呈现稳定磷光性能的原因，进一步对聚合物的微观形貌进行了一系列测试表征。如图 3a ， TEM 图像中清晰的两相形貌和 SAXS 谱图中明显的单宽散射峰均表明了嵌段聚合物中微相分离结构的形成。同时，该嵌段聚合物的大尺寸粗粒度分子动力学模拟与 SAXS 和 TEM 测试结果较好吻合，进一步证明了嵌段聚合物的微观结构。基于以上探究，研究人员提出，在亲水 - 疏水微相结构的协同作用下，可以获得耐水型室温磷光嵌段共聚物（图 3c ）。此外，基于聚合物稳定的微相结构，材料在不同 pH 的水环境中，仍能呈现出稳定的室温磷光（图 3d ）。

西北工业大学Angew：微相结构调控构筑耐水型室温磷光聚合物

正文

请到「今天看啥」查看全文