目前報道的室溫磷光材料多為有機小分子材料，主要是通過晶體工程、氫鍵作用、自組裝、重原子效應、主客體摻雜等策略來實現長壽命室溫磷光。然而，有機小分子材料在制備過程中存在條件苛刻，引入的重原子對人體危害性大，材料的加工性能差、柔性差等無法忽視的問題。相比之下，聚合物材料由于其具有優異的力學性能、良好的加工性能、易于進行化學修飾以及制備過程簡易而受到人們的更多關注。由于目前報道的刺激響應材料多數是基于熒光發射的，因此探索更多具有室溫磷光特性的天然高分子聚合物，開發新的智能響應室溫磷光材料是非常必要的。
近日，中國科學院大學王彩旗團隊發現殼聚糖這種天然高分子其自身不但具有室溫磷光，還能與不同的磷光分子發生反應，得到一系列具有多彩室溫磷光（RTP）的殼聚糖（CS）衍生物。為進一步提高材料的RTP壽命，通過CS衍生物與α-環糊精（α-CD）之間的主客體相互作用抑制非輻射弛豫并構建結晶域從而協同增強RTP。接著探究了材料對水和熱的刺激響應，它們對人體呼吸也具有響應性，被成功應用于監測環境濕度。該項工作在探索智能RTP材料方面具有重要意義。相關研究成果以“Respiration-responsive Colorful Room-Temperature Phosphorescent materials and Assembly-Induced Phosphorescence Enhancement Strategies”為題發表在《Small》。文章的第一作者是中國科學院大學碩士生葉文彥。該研究得到國家自然科學基金委和中央高校基本科研業務費專項資金資助。
殼聚糖的本征室溫磷光及其衍生物的多彩室溫磷光研究
圖2 殼聚糖及其衍生物的光物理性質
自組裝增強室溫磷光
圖3 a）CS-BPA-1, CBCD-1, CBCD-2, CBCD-4和 CBCD-8 的延遲發射光譜(td = 0.2 ms) 。b) CS-BPA-1和CBCD的磷光壽命。c) CS-BPA-1和CBCD的XRD圖。i) CS-BPA-1, ii) CBCD-2和 iii) CBCD-8的d) TEM和e) SEM。
刺激響應室溫磷光薄膜特性研究
圖4 a）干燥CS-1-NA薄膜在水熏蒸不同時間下的磷光光譜。b）水熏蒸后的CS-1-NA薄膜在不同溫度下加熱5分鐘的磷光光譜。c）加熱/水熏蒸過程的重復循環以及310 nm紫外燈關閉后CS-1-NA薄膜的相應實物圖。d）水熏蒸后的 CS-1-NA 薄膜在不同溫度（30-80℃）下加熱5分鐘的實物圖。e）加熱/呼吸過程的重復循環和 310nm 紫外燈關閉后 CS-1-NA 薄膜的相關實物圖。
這些薄膜對人呼吸產生的水氣也非常敏感。研究發現，將CS-1-NA薄膜放在一個人的嘴邊，讓這個人對著薄膜正常呼吸10次，薄膜的磷光強度就會減弱，余輝時間也會縮短。稍微加熱后，明亮的余輝又恢復了，這個過程可以重復進行（圖4e）。人呼吸產生的水破壞了聚合物致密的剛性網絡，暴露了一些磷光分子，而人呼吸的氧氣正好有機會淬滅磷光的發射。與刺激響應熒光材料相比，水/熱刺激響應RTP材料的最大優點之一是刺激響應RTP可以通過余輝的亮度，特別是余輝時間的變化，被人眼看到。這可以將刺激響應性材料的應用擴大到更多的領域。
具有多彩、水/熱刺激響應特異性RTP的應用
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202207403
