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科研希望

ng电子游戏新型有机/高分子功效质料及应用课题组： “蹊径型”能量转移通用战略设计近红外超长发光聚合物复合系统

稿件泉源：化学学院 编辑：郑龙飞、王冬梅 阅读量：

ng电子游戏新闻网讯（通讯员杨志涌）超长发光有机质料具有裸眼可见的余辉发光、优异的生物相容性、无邪的分子结构设计等优势，在光电器件、信息手艺和生物手艺等领域有主要的研究价值和应用潜力。 。

ng电子游戏化学学院新型有机/高分子功效质料及应用团队近年来已经在有机质料超长发光系统设计、机理研究和应用探索等方面开展了较为系统的研究：提出了有机质料超长磷光“n-π堆叠”机理，通过“卤素修饰”、“柔性距离”和“分子内卤键”中分子结构设计，获得了多个高发光效率的超长磷光系统（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2181; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12160; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 17451）；；；通过研究聚整体结构转变与发光的关系，剖析了分子间相互作用、分子构象转变和聚整体过渡态等因素对有机质料磷光三线态激子天生、分子内/分子间转移和猝灭历程的作用纪律（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 6270-6273; Chem. Sci., 2018, 9, 3782; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 3739; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 22645）。 。

克日，该团队连系经典π基团（多环芳烃）和可形因素子间氢键的硼酸设计新型超长磷光分子，并筛选出三亚苯硼酸TP分子。 。将TP掺杂到聚乙烯醇PVA中，通过硼酸基团和PVA之间的氢键作用，将TP分子牢靠到PVA的刚性氢键网络中，抑制TP的非辐射跃迁并阻隔氧气对三线态激子的猝灭，获得了现在报道的发光寿命最长的高效聚合物超长磷光系统TP@PVA，其蓝色磷光寿命长达3.29 s，量子产品为33.1%。 。

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图1. “蹊径型”能量转移通用战略。 。

和常见的有机晶体或者聚合物超长磷光系统一样，虽然TP@PVA系统的磷光效率很高并且寿命很长，可是其超长磷光波长较短，在600 nm以下。 。为了适合长波长领域的应用，人们在实验增添发光波长的研究。 。我们团队以及天津大学李振教授等曾使用“三线态-单线态（T-S）能量转移”的战略来增添发光波长。 。我们在超长磷光晶体外貌吸附少量长波长荧光染料，超长磷光在晶体和荧光染料界面爆发能量转移，促使荧光染料爆发长寿命发光，获得了具有640 nm超长磷光（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 5073）。 。在此基础上，我们使用上述TP@PVA系统，进一步提出了“蹊径型”能量转移战略，在PVA聚合物中共掺杂磷光分子TP、红光染料（罗丹明RB/尼罗红NR）和近红外染料Cy7，修建两个连续的呈现“蹊径型”的能量转移历程：超长磷光分子TP的三线态激子向红光染料分子举行“T-S能量转移”，紧接着红光染料分子向近红外染料分子Cy7的“单线态-单线态（S-S）能量转移”，乐成获得了发光寿命长达0.20 s的近红外（810 nm）超长磷光聚合物复合系统（图1）。 。

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图2. “蹊径型”能量转移历程示意图：图中系统为Cy/RB/TP@PVA，图中能级数据从响应的发光光谱盘算，图中同时给出了前后两次能量转移的效率。 。

这一战略使用红光染料作为桥梁，乐成地解决了TP超长磷光发光光谱和近红外染料Cy7吸收光谱之间重叠少少问题，实现TP超长磷光来引发Cy7的近红外发光。 。并且，S-S能量转移显著提高了上一步T-S能量转移的效率，从而提高了连续能量转移的总效率。 。这一近红外超长磷光系统不但可用于近红外防伪，还可用于生物组织的延迟成像，在穿透厚达2.0毫米皮肤（小鼠或猪）后延迟0.015 s成像。 。这些效果批注，这种近红外超长磷光聚合物薄膜，由于融合了近红外和超长磷光的优点，可以获得超低配景光滋扰的高质量信号，在防伪、生物传感和生物成像方面有着辽阔的应用远景。 。

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图3. 近红外超长磷光PVA掺杂膜在防伪和生物成像的应用探索：a）通俗相机拍摄照片；；；b）红外相机拍摄照片；；；c）笼罩小鼠皮肤后拍摄照片；；；d）笼罩猪皮后拍摄照片。 。

所有照片均为365 nm紫外灯照射下拍摄，图中标注时间以紫外灯关闭瞬间为零点，其中红外相机拍摄时间均为紫外灯关闭后0.015 s。 。

上述研究效果以“Stepwise Energy Transfer: Near-Infrared Persistent Luminescence from Doped Polymeric Systems”为题，揭晓在主要期刊Advanced Materials上。 。ng电子游戏化学学院为该效果的第一完成单位，研究助理林发旭（现为ng电子游戏质料科学与工程学院博士生）为论文第一作者，杨志涌副教授、质料科学与工程学院黄华华副教授以及广东工业大学穆英啸副教授为配合通讯作者，化学学院池振国教授、质料科学与工程学院梁国栋教授为配相助者。 。上述研究事情获得了国家自然科学基金、广东省杰青项目、广东“特支妄想”科技立异青年拔尖人才项目、广东省自然科学基金和广州市科技妄想项目的资助。 。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108333

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