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北化鄧建平教授、譚占鰲教授、趙彪副教授《ACS Nano》：具有強圓偏振熒光和室溫磷光發(fā)射的碳點/手性螺旋聚合物復(fù)合膜

2023-04-04 來源：高分子科技

圓偏振發(fā)光(circularly polarized luminescence, CPL) 材料作為一類新興的手性光學功能材料，在三維顯示、光學識別傳感器、光存儲器件、生物成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為諸多學科的研究熱點。另外，碳點由于自身優(yōu)異的熒光性能而逐漸被CPL研究領(lǐng)域的學者所關(guān)注和研究。然而，如何簡單高效地制備具有高發(fā)光不對稱因子的碳點基CPL材料仍是一大挑戰(zhàn)。

近日，北京化工大學鄧建平教授/趙彪副教授團隊和譚占鰲教授團隊合作，以室溫磷光碳點、手性螺旋取代聚炔分別作為發(fā)光源與手性源，成功制備了具有圓偏振熒光 (CPF) 和圓偏振室溫磷光 (CPRTP) 發(fā)射的手性發(fā)光雙層復(fù)合膜，其CPF和CPRTP發(fā)射的不對稱發(fā)光因子分別可達10^-1和10^-2數(shù)量級。在此基礎(chǔ)上，通過引入紅色熒光組分，進一步實現(xiàn)了白光CPL發(fā)射以及多重信息顯示與加密應(yīng)用。

圖1. (a)室溫磷光碳點的制備和(b)具有CPF與CPRTP性能的碳點/手性螺旋聚合物復(fù)合膜的制備

在本文中，作者首先以二乙烯三胺和磷酸作為原料，通過微波輔助法制備得到了室溫磷光碳點，其磷光發(fā)射壽命可達1.23s。移除激發(fā)光后，肉眼可以觀察到超過10s的余輝發(fā)射。隨后，利用手性螺旋取代聚炔作為手性過濾器，在無需任何分子間相互作用的情況下實現(xiàn)了材料的高效CPF和CPRTP發(fā)射。此外，基于手性螺旋取代聚炔對光的選擇性吸收特性，雙層膜可以將非偏振的激發(fā)光轉(zhuǎn)化為圓偏振激發(fā)光，進而使處于手性激發(fā)環(huán)境中的碳點直接發(fā)射CPF，使得手性發(fā)光雙層膜具有雙向CPF發(fā)射能力。在手性發(fā)光雙層膜的基礎(chǔ)上，作者向膜中添加紅色尼羅紅熒光染料進一步實現(xiàn)了白光CPL膜的構(gòu)筑。最后，利用碳點的熒光、室溫磷光雙重發(fā)射以及復(fù)合膜的白光發(fā)射，作者探究了該薄膜材料在多重信息顯示與加密領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。本研究為設(shè)計和構(gòu)建碳點基CPRTP材料提供了一種新思路。

圖2. 室溫磷光碳點的結(jié)構(gòu)與光學性能表征

圖3. 碳點/手性螺旋聚合物復(fù)合膜的光學、手性及CPL性能表征

圖4. 白光CPL復(fù)合膜的光學表征及應(yīng)用

以上研究以“Intense Circularly Polarized Fluorescence and Room-Temperature Phosphorescence in Carbon Dots/Chiral Helical Polymer Composite Films”為題, 在線發(fā)表在ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c00713)上。論文第一作者為北京化工大學研究生馬爍和馬環(huán)宇，通訊作者為鄧建平教授、譚占鰲教授和趙彪副教授。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c00713

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（責任編輯：xu）

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