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兰州大学吕少瑜、卞凤玲 AFM：水下长寿命室温磷光水凝胶

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-11-08 14:34

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有机室温磷光在光电领域和生物成像方面展现出广泛的应用潜力。然而，水分子的淬灭严重限制了有机室温磷光材料在潮湿或水下环境中的应用。近期，兰州大学吕少瑜、卞凤玲团队通过丙烯酰胺 (AM) 和发色团 N-[4-(9H - 咔唑 9- 基 ) 苯基 ]-2- 丙烯酰胺 (CzPA) 共聚，制备了一种具有水下磷光性能的水凝胶，其磷光寿命超过 500 ms ，可实现 10 余秒的水下余辉。该水凝胶在水中表现出很高的稳定性，利用不同发色团还可实现水下多色余辉。该工作为开发具有可持续水下发光的水凝胶提供了有效途径，为室温磷光材料的水下应用提供了新的思路。

图 1. 水下长寿命室温磷光水凝胶的构建策略

水凝胶实现水下室温磷光的关键在于水凝胶的原位相分离微结构。作者首先合成了 CzPA _0.10% -co- PAM 水凝胶，在 80℃ 的盐酸 (HCl) 水溶液中热处理 (H- Treatment ) 数小时后，得到了可在水下持续发光的 H-CzPA _0.10% -co- PAM 水凝胶。经过 H- Treatment 的水凝胶中， PAM 的部分酰胺基团水解生成羧酸基团，酰胺基团和羧酸基团之间形成了致密的氢键，因此限制了发色团的非辐射跃迁，并保护了脆弱的三重态激子不被水分子淬灭。将 H-CzPA _0.10% -co- PAM 水凝胶放置在水中 30 天后凝胶不溶胀，磷光寿命也保持稳定， 30 后天余辉与原始凝胶磷光强度相比无明显变化，具有优异的稳定性。

图 2. H-CzPA _0.10% -co- PAM 水凝胶的光物理性能

最后，作者探索了 H-CzPA _0.10% -co- PAM 水凝胶在信息加密和海洋环境仿生方面的潜在应用。

图 3. H-CzPA _0.10% -co- PAM 水凝胶在信息加密和水下仿生方面的应用

该工作提出了一种长寿命室温磷光水凝胶的设计策略，利用强氢键形成的分子链的聚集和相分离微结构限制了三线态激子被自由水淬灭，克服了目前磷光材料水下应用的局限性，有望拓展室温磷光材料在水环境中的应用。

相关成果近期以“ Luminous Fish-Inspired Hydrogels with Underwater Long-Lived Room Temperature Phosphorescence ”为题发表在 Advanced Functional Materials 上。兰州大学硕士生 陈攀壹 和博士生 郄浩飞 为本文的共同第一作者，兰州大学 卞凤玲 副教授和 吕少瑜 教授为文章的共同通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金、甘肃省重点研发计划以及中央高校基本科研业务费的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202416430

陇南师范高等专科学校张少飞副教授与兰州大学柳明珠、吕少瑜教授课题组合作在多臂肽类树状大分子用于双重靶向溶血栓方面取得新进展

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